电风扇旋钮（调速开关）毕业论文 - 图文

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第一章 塑料简介

模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。

塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能[1]。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。

1.1注塑成型及注塑模

将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。

要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。

注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，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品。

注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。

注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射

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成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成

[2]

。

注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问

题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。

注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。

塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。

传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。

目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。其中MOLDFLOW软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型过程控制专家，简称MPX）。

采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义[3]。

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第二章塑料材料分析

2.1 塑料材料的基本特性

中国目前小孩比例甚多，市场也看中了这一点，为了适应小孩的需要，很多厂家开始生产以小孩为主要消费者的各种玩具，本次设计就是以此为基点，设计生产一件电风扇调速开关外壳造型的注射模具，该电风扇调速开关玲珑小巧，很有手感，具有广阔的市场前景。设计中利用CAD/CAE技术进行模具设计和成型工艺分析。首先，在三维高端软件UG·NX上进行产品3D造型，然后使用Auto CAD绘制注射模具总装图和模具零件图，最后将产品三维图转入MOLDFLOW软件中进行注射工艺过程模拟分析，确定最佳的注射工艺参数，同时分析制品缺陷的原因及解决办法

图（1）塑件三维造型图

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塑件三维造型如图（1）所示，显示的是塑件的三维等个视角的视图，整体上呈对称结构，底部有小孔，用于连接开关的控制器。该电风扇调速开关外表光滑，可加工成各种颜色，而且具有良好的耐化学腐蚀和表面硬度。故选用材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），它是一种优良的热塑性工程材料。

2.2 塑件材料成型性能

塑件材料对注射工艺和模具结构的适应能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好坏直接影响到成型加工的难易程度和制品质量的优劣，同时还影响生产效率的高低和设备的辐射能损耗等。 ABS成型性能主要有:

2.2.1一般性能

ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS

相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18～20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。

2.2.2力学性能

ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐

磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。

2.2.3 热学性能

ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。

2.2.4 电学性能

ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。

2.2.5 环境性能

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ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。

2.2.6 ABS塑料的加工性能

ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。

ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。

ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度80~85℃，时间2~4h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度70~80℃，时间18~18h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。

ABS塑料的主体是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的共混物或三元共聚物，是一种坚韧

而有刚性的热塑性塑料。苯乙烯使ABS有良好的模塑性、光泽和刚性；丙烯腈使ABS有良好的耐热、耐化学腐蚀性和表面硬度；丁二烯使ABS有良好的抗冲击强度和低温回弹性。三种组分的比例不同，其性能也随之变化。

1、性能特点

ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性。它不透明，一般呈浅象牙色，能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品，电镀级的外表可进行电镀、真空镀膜等装饰。通用级ABS不透水、燃烧缓慢，燃烧时软化，火焰呈黄色、有黑烟，最后烧焦、有特殊气味，但无熔融滴落，可用注射、挤塑和真空等成型方法进行加工。

2、级别与用途

ABS按用途不同可分为通用级(

)、阻燃级、耐热级、电镀级、透明级、结构发泡级和改性ABS等。通用级用于制造齿轮、轴承、把手、机器外壳和部件、各种仪表、计算机、收录机、电视机、电话等外壳和玩具等；阻燃级用于制造电子部件，如计算机终端、机器外壳和各种家用电器产品；结构发泡级用于制造电子装置的罩壳等；耐热级用于制造动力装置中自动化仪表和电动机外壳等；电镀级用于制造汽车部件、各种旋钮、铭牌、装饰品和日用品；透明级用于制造度盘、冰箱内食品盘等。

2.3 塑件材料成型条件

确定注射工艺条件时，需要根据塑料品种选择适当的工艺参数，知道了塑料的工艺参数还能选择合适的注射机，使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与注射工艺参数接近，只有这

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样才能在保证制品质量的前提下，获得最高的生产效率和经济效益。 ABS的注射工艺条件参数见表1、2

表1 ABS成型工艺参数

注射机类型 螺杆式 70～93 表2 PS的注射工艺参数

注射压力MPa 70～90 成型时间S 冷却时间S 40～70 热水浴或 鼓风烘箱 表3 ABS的热处理条件

塑料 ABS 热处理介质 空气或水 处理温度℃ 60～70 70～77

制件厚度mm ?6 ?7 预热温度℃ 喷嘴温度℃ 料筒温度℃ 前段 后段 模具温度℃ 180～190 200～210 180～200 50～70 成型周期 S 后处理介质 后处理后处理温度℃ 时间S 15～30 15～30 70 2～4 处理时间min 30～60 120～360 - 6 -

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第三章 塑件的工艺分析

在模具设计之前需要对塑伯的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。 电风扇调速开关如（2）所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构并不太复杂，只是几何形状有点不规则，外轮廓线由圆弧和直线组成。

（2）电风扇调速开关平面视图

3.1 塑件的结构设计

（1）、脱模斜度

由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5?，根据文献[1]，塑件材料ABS的型腔脱模斜度为35/～1?30，

/

30～1?

/

（2）、塑件的壁厚

塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度

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和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4mm，最常用的数值为2～3mm。该小电机外壳壁厚均匀，周边和底部壁厚均为2mm。壳内凸出部件的壁厚均为1mm （3）、塑件的圆角

为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5～1mm的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。

该电风扇调速开关表面圆角半径为2mm，内部转弯处圆角半径为1mm （4）、孔

塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。本设计中孔在塑件的中心，能采用型芯直接加工成型。

3.2 塑件尺寸及精度

塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为ABS，因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，所以常被用于制造仪器的塑料外壳。

塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献[2]表3.9塑件的尺寸与公关（GB/T14468-1993）的塑料制件公差数值标准来确定。根据文献[2]，选用一般精度等级，ABS的精度等级一般为四级，可在文献中查到相应的公差值。

3.3 塑件表面粗糙度

塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云

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纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为Ra 0.02～1.25?m之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63?m。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多，为Ra0.4?m，内部为0.8?m。

3.4 塑件的体积和质量

用UG·NX软件对该电风扇调速开关进行三维实体造型，然后用分析模块对其进行质量特性分析，输入材料密度（ABS的密度为1.04~1.06 g／cm3），即可以得出该塑件制品的体积为14.125 cm3，质量为14.85克。

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第四章 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定

4.1 注射成型工艺过程分析

根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：

第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。 （1）、成型前对原材料的预处理

根据注射成型对物料的要求，检验物料的含水量，外观色泽，颗粒情况并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标，对原材料进行适当的预热干燥，ABS材料吸水率极低，成型前一般不必进行干燥处理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。 （2）、料筒的清洗

在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。

柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。 （3）、脱模剂的选用

脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对ABS材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用. 第二步: 注射成型过程

完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。 第三步：制件的后处理

注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。制件的后处理主要有退火和调湿处理。该塑料制件材料为ABS，就采用退火处理1～3小时。

4.2

浇口种类的确定

注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设

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计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。

该电风扇调速开关的表面质量要求较高，所以采用侧浇口浇注，浇口设在分型面上便于加工和修整。侧浇口在国外称为标准浇口，普遍用于中小塑件的多腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。

4.3 型腔数目的确定

因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸较小，为保证一次加工过程中各种参数均衡，利于配合使用，提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模四腔，进行加工生产。

4.4 注射机的选择和校核

由于塑件的体积14.125 cm3，质量为14.85克。由于采用一模四腔，需要至少注射量为56.5cm3，再根据工艺参数（主要是注射压力），综合考虑各种因素，选定注射机为XS-ZY-125。注射方式为螺杆式，其有关性能参数为：

额定注射量: 125cm3 注射压力:120MPa

注射行程:115mm 注射时间:3S

锁模力: 900KN 最大成型面积: 320cm3 最大开合行程: 300mm 模具最大厚度: 300mm 模具最小厚度: 200mm 模板最大距离: 340mm 合模方式: 液压-机械式

4.4.1 注射量的校核

模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为：

nm?m1?KMt3600

式中 K—注射机最大注射量的利用系数，取0.8； M—注射机的额定塑化量，g/h； n--型腔数量; t—预塑时间，s；

m—单个塑件的质量，g；

m1--浇注系统所需塑料量,g；

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本设计中：n=4?m?14.85 g M=125g/h m1=11g t=3S

nm?m1?4?14.85?11?70.4?0.8?125?3?36003600?300

注射量符合要求

4.4.2 锁模力的校核

注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系。

p（nA1?A2）?FP

式中 FP --注射机额定锁模力，N；

A1--单个塑件在模具分型面上的投影面积

A2--浇注系统在模具分型面上的投影面积

P—塑料熔体对型腔的成型压力，

FP=900000 A1=34.19cm2 A2=8.65cm2 P=120×0.8

P（nA1?A2）=120×0.8（4×34.19+8.65）=13959.36＜FP=900000N

锁模力要求

4.4.3 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核

（1）、模具厚度（闭合高度） 模具闭合高度必须满足以下公式

Hmin?H?Hmax

式中 Hmin--注射机允许的最大模厚 Hmax--注射机允许的最小模厚 本设计中 200?H?260?300 符合要求

（2）、开模行程（S）的校核

模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。

注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。对于液压-机械式合模机构的注射机，其开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模应有：

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S?H1?H2?5~10mm

式中 H1--推出距离

H2--包括浇注系统凝料在内的塑件高度 本设计中 S=300mm H1= 30 mm H2= 55 mm 经计算，符合要要求。 （3）、顶出装置的校核

在设计模具推出机构时，需校核注射机顶出的顶出形式，要注意在两侧顶出时模具推板的面积应能覆盖注射机的双顶杆，注射机的最大顶出距离要保证能将塑件从模具中脱出。

XS-ZY-125型注射机为中心推出机构。经检查能满足将模具脱出的要求。

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第五章 注射模具结构设计

5.1 分型面的设计

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。

选择分型面时，应从以下几个方面考虑： 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2）使塑件在开模后留在动模上； 3）分型面的痕迹不影响塑件的外观； 4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 6）使塑件易于脱模。

综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图（3）所示

图（3）分型面的选择

5.2 型腔的布局

型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。型腔布局

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由图（4）所示。模具采用侧浇口，设置在塑件的边缘，并采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量。

图（4）型腔布局方式

5.3 浇注系统的设计

浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通流产浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。

5.3.1 浇注系统组成

普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分，如图（5）所示。

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1－主浇道 2－第一分浇道 3

4－第三分浇道

5－浇口 6－型腔 7－冷料穴

图（5）普通流道浇注系统

5.3.2 确定浇注系统的原则

在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：

a)、塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。 b)、模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。

c)、塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。

d)、塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。

e)、冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施[6]

5.3.3 主流道的设计

不流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。 （1）、主流道的尺寸

设计中选用的注射机为XS-ZY-125，其喷嘴直径为4mm，喷嘴球面半径为18mm，根据图（6），主流道各具体尺寸如下

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图（6）主流道尺寸示意图

d?4?1?5mm ??3? R?18?2?20mm H?3.0mm L?40mm D?d?2Ltan?2?6.5mm

（2）、主流道衬套的形式

选用如图（7）所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。将主流道衬套和定位球设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套与定模板的配合采用

H7/m6。

图（7）主流道衬套及其固定形式

（3）、主流道衬套的固定

用嵌入式定位环压住主流道衬套大端，定位环与注射机模板上的定位孔之间的配合采用H11/b11。

5.3.4 分流道的设计

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，分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中由于塑件排布比较紧凑,且采用潜伏式浇口，在推杆上削去一小块作为流道进行注射。在主流道设计好以后，推杆位置离它很近，故无需设置分流道而直接经浇口注入推杆而使熔体充满型腔。如图（8）所示。

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图（8）主流道和浇口的位置

5.3.5 浇口的设计

浇口出叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，潜伏式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。 浇口的位置选择原则：

浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点： 1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短；

2)每一股分流都能大致同时到达其最远端； 3)应先从壁厚较厚的部位进料； 4)考虑各股分流的转向越小越好。

5.3.6 冷料穴的设计

主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为6mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的形式有多种，这里采用倒

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锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如上图（8）所示。

5.4 注射模成型零部件的设计

模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。

成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。

5.4.1 成型零部件结构设计

成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。 1）、凹模的设计

凹模也称为型腔，是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、 镶拼组合式和瓣合式四种类型。

本设计中采用整体嵌入式凹模如图（9）所示，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难，要用到仿形加工或电火花加工。

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图（9）凹模

2）、凸模的设计

本设计中零件结构较为简单，只有内壁夹板深度较大，但经过对塑件实体的仔细观察研究发现，塑件采用的是组合式凸模，如图（10）所示，也叫型芯，虽然有些部位加工、维修不易，但成型后的塑件质量好，在塑件内表面也不会形成接缝，溢料痕迹，加工精度较高，成型效果好。型芯与动模板的配合可采用H7/P6。

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图（10）凸模

5.4.2 成型零部件工作尺寸的计算

成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。

在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件

的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。

由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。

塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定ABS材料的平均收缩率为0.6%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：

A?B?0.006B

式中 A — 模具成型零部件在常温下的尺寸

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B — 塑件在常温下实际尺寸

成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8级作为模具制造公差。在此取IT8级，型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。

5.5 排气结构设计

排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热使塑料烧焦，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气系统要求就更为严格。

在塑料熔体充模过程中，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成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体，塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气，在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。

由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜，其值与塑料熔体的粘度有关。

5.6 脱模机构的设计

塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。

5.6.1 脱模机构的选用原则

（1） 使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成

永久变形）；

（2） 推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；

（3） 推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂； （4） 推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形； （5） 推杆位置痕迹须不影响塑件外观；

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5.6.2 脱模机构类型的选择

推出机构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。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和多元件综合推出机构等。

本设计中采用推杆推出机构使塑料制件顺利脱模。

5.6.3 推杆机构具体设计

（1）、推杆布置

该塑件共采用了1根推杆，其分布情况如图（11）所示，这些推杆设置在脱模阻力较大的地方及强度刚度较大处，使制品所受的推出力均衡。

图（11）推杆布置

（2）、推杆的设计[7]

本设计中采用台肩形式的圆形截面推杆，设计时推杆的直径为6mm，见图（11）。推杆端平面不应有轴向窜动。推杆与推杆孔配合一般为H8/f8或H9/f9，其配合间隙不

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大于所用溢料间隙，以免产生飞边，ABS塑料的溢料间隙为0.04~0.06mm。 （3）、推杆固定和复位 如图（12）所示

图（12）推杆固定和复位

5.6.4 脱模动作原理

本设计中侧浇口设计在动模部分，开模时塑件包在动模型芯上随动模一起移动，推出机构工作时，推杆将塑件从凸模上推出，同时浇口被切断，塑件自动脱落。如图（13）所示。

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图（13）塑件脱模动作图

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5.7 模具总装图

图（14）注射模具三维装配图（线框式）

5.8 注射模温度调节系统

在注射模中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为

200C左右，熔体固化成为塑件后，从60C左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模

??具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般小于80C）的塑料，如本设计中的ABS

模具的冷却主要采用循环水冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。

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5.8.1 温度调节对塑件质量的影响

注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响，对于任一个塑料制品，模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，使其难于充模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。冷却系统的外形结构如图（15）（16）所示。

图（15）注射成形机的典型冷却系统 图（16）与模板连接之冷却孔道

5.8.2 冷却系统之设计规则

设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔道应使用标准尺寸，以方便加工与组装。设计冷却系统时，模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数： 冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质，如图（17）所示。

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图（17）冷却系统

(1) 冷却管路的位置与尺寸

塑件壁厚应该尽可能维持均匀。冷却孔道最好设置是在凸模块与凹模块内，设在模块以外的冷却孔道比较不易精确地冷却模具。

通常，钢模的冷却孔道与模具表面、模穴或模心的距离应维持为冷却孔道直径的1~2倍，冷却孔道之间的间距应维持3~5倍直径。冷却孔道直径在此取7mm。

5.9 模架及标准件的选用

5.9.1 模架的设计

模架技术的标准，是指在模具设计中和制造中所应遵循的技术规范、基准、和准则。它具有以下定义：

（1） 减少了模具设计者的重复性工作；

（2） 改变了模具制造行业“大而全，小而全”的生产局面，转为专业生产； （3） 模具的标准化是采用CAD/CAM技术的先决条件； （4） 有利于模具技术的国际交流和模具出口。

该模具的模架采用A2型，它适应于单分型面的模具的顶杆的顶出机构。其图可见其装配图。根据《塑料模具技术手册》表3-20的中小型模架的尺寸组合系列：选A2它的各个参数如下：

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采用A2-450400-64-Z1 GB/T 12556-90：

模宽B=450mm,模长L=400mm； 模板A=70mm ,材料45钢； 模板B=35mm，材料Q235钢； 垫块C=100mm ，材料T8A；

支撑板的厚度为35mm,T8A，前面已经说明了，型芯固定板的厚度为35mm，采用45钢。

动模座板的高度为30mm,它的材料为40Cr钢，定模座板的高度为30mm,它的材料也为40Cr钢。 模架的总高度计算得：

H=30+30+35+A+B+C =30+30+35+70+35+100 =300mm

经校核模具的强度和刚度都是足够的。且模架的大小也适中，经核算选用该模架是较为合理的。 5.9.2 标准件的选用

为了便于模具的装配，减少繁重的设计和制造工作量，缩短生产准备时间和降低成本，一些模具都选用标准零件，本设计中的标准零件选用如下：

导柱 GB4169.4-84 ?35?75?39 4个 导套 GB4169.2-84 ?35?52 4个 推杆 GB4169.1-84 ?7?90 3个 复位杆 GB4169.1-84 ?24?33 4个 内六角螺钉 GB70-85 M 16?175 6个

M 6?30 4个

M 6?15 2个 M 8?35 6个

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第六章 模具材料的选用

正确选用模具各部分零件的材料，是注射模具设计过程中的一项重要工作，它直接影响模具的使用寿命，加工成本以及制品的成型质量。选择模具材料时，需要根据模具工作条件，从使用性能和加工性能两方面对材料提高要求。

6.1 成型零件材料选用

成型零件材料选用的要求如下： （1）、机械加工性能良好 （2）、抛光性能良好

注射成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，Ra?0.05?m，要求钢材硬度35～40HRC为宜，过硬表面会使抛光困难。 （3）、耐磨性和抗疲劳性能好 （4）、具有耐腐蚀性能

6.2 注射模用钢种

热塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供应，常用50和55调质钢，硬度为250～280HB，易于切削加工。

型芯和镶块以棒材供应，采用淬火变形小，淬透性好的高碳合金钢，经热处理后在磨床上直接研磨至镜面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等钢种,淬火后回火HRC?55，有良好的耐磨性。

参考文献[2]表11-1、11-2，本设计模具材料选用情况如下：

塑料模具钢材选用，PS塑料适用钢种PMS，SM2。其它模具选材见表（4) 模具零件 使用要求 表面耐磨、有韧模具材料 T8（A） 表面淬火 热处理 ?55HRC 导柱、导套 性、抗曲、不易折断 强度高、耐磨性 Cr12MoV 淬火 中温回火 ?55HRC 成型零部件 好、热处理变形小，有时还要求耐腐蚀 - 30 -

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主流道衬套 耐磨性好，有时还要求耐腐蚀 推杆、拉料杆等 各种模板、推板、固定板、模座等 一定的强度和耐磨性 一定的强度和刚度 45钢 表面淬火 ?55HRC T8（A） 45钢 淬火 低温回火 调质 ?55HRC ?200HBS 表（4）本设计模具选材情况

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第七章 模具的装配以及试模

7.1模具的装配

模具总装图的技术要求内容： （1）对于模具某些系统的性能要求。

(2)对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于

0.05mm模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。

(3)模具使用，装拆方法。

(4)防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。 (5)有关试模及检验方面的要求。

7.2模具的安装试模

7.2.1试模前的准备

试模前要对模具及试模用的设进行检验。模具的闭合高度，安装与注射机的各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等符合所选设备的技术条件。检查模具各个滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要准确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。

7.2.2试模

模具的安装是指将模具从制造地点运至注塑机所在地，并安装在指定注射机的全过程。 模具安装到注射机上要注意以下几个问题：

(1) 模具的安装方位要满足设计图样的要求。

(2)当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。 (3) 模具带有液压油路接头、气路接头、热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧，以免操作不方便。

模具在注射机上的固定多采用螺钉、压板的形式，一般每侧采用4---8块压板，对称布置。

模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活、定位装置是否有效作用。要注意以下几个方面：

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（1）合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。

（2）活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确、可靠。 （3）开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。 （4）冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。

将模具安装在注射机上，选用合格的原料，根据推荐的工艺参数调整好注射机，采用手动操作。开始注射时，首先采用低压，低温和较长的时间条件下成形。如果型腔未充满，则增加注射时的压力。在提高压力无效的时，可以适当提高温度条件。试模注射出样件。试模过程中，应进行详细记录，将结果填入试模记录卡，并保留试模的样件。

7.2.3修模

虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。发现总是以后，进行排除错误性的修模。

塑件出现不良现象的种类居多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交只在一起。在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。

修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件，就不能再作大的改造和恢复原状。

7.2.4检验

通过试模可以检验出模具结构是否合理，所提供的样件是否符合用户的要求，模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，针对试模中发现的问题，对模具进行修改、调整、再试模，使模具和生产的样件满足客户的要求，试模合格的模具，应清理干净，涂防锈油入库保存。

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总 结

本次塑料模具设计，全面考虑了塑料成型性能，模具结构特点，注射工艺参数，塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理论分析和数据计算生产操作上论证该设计是合理可行的。并且，通过这次设计，我了解了注射模设计概况，熟悉了注射设备，基本掌握了注射成型的一般原理。

在设计和三维建模过程中也遇到了一些问题，通过对问题的探索与分析，最后得到圆满解决，更另深刻的知道了模具设计各个阶段的重要性和严谨性，达到了毕业设计的目的。 伴随经济建设，特别是汽车、机械、电子、日用制造等行业的飞速发展，对模具设计与制造的人才的需求与日俱增，模具设计制造，特别是注射模具的设计与制造将更为受到重视，并将会广泛应用到各个领域中，飞速发展。

相信这次设计中获得的经验及处理问题的能力将会对今后的学习和工作有所启示和帮助。

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致 谢

随着社会的发展，机械行业的模具专业在我国现代工业发展中成为一个越来越重要的分支。模具渗透着整个社会。不管在那个行业，都有模具的存在。日常生活中轻重工业，都离不开模具生产，模具就是为了得到所需要的产品。要什么样的产品，就可以生产什么样的模具，如（塑料模具 、冷冲压模具、压铸模、橡胶模 ）。

模具生产也是一个比较难的过程，生产模具的机器有很多（电火花成型机、数控线切割、车床、铣床、刨床、磨床、镗床等）。

通过三年的学习，我对模具设计与制造有了深刻的认识。单独设计过塑料模具，冷冲模等，从中我了解到很多的模具结构、模具加工工艺、模具的用途。并且学到不少的书本上没有的知识，就拿塑胶模来说，对于影响模具寿命的因素，主要是模具的加工精度，还有模具的材料，模具生产批量，模具结构等。影响模具的产品质量的主要因素是模具的制造精度。

在这次毕业设计过程中，得到了谭老师的大力支持与热情帮助，特别是在我的设计中给我提出了许多宝贵的意见；同时，感谢我们的专业老师的指导和指正，感谢学校提供给我们的各种有利条件；感谢各位同学的协助；使我在设计中提高了自己，也锻炼了自己动手的能力，在此一并致以衷心的谢意。由于本人水平有限，错误和不妥止出在所难免，敬请各位读者批评指正。望各位老师不吝赐教。

通过这次毕业设计，我从理论和实践上又更进一步的加深。模具结构设计的好坏直接影响产品质量和经济。中国加入了WTO可以说是对各行各业都是一种考验。希望我们模具这一行会更加发达。

最后感谢各位老师对我三年的教诲，这将对我终身受益！

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参考文献

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/96np.html