塑料环注射模具设计

目 录

摘要 .................................................................................................................................................. 1 一、塑件的工艺分析 ....................................................................................................................... 3

1塑件图 .................................................................................................................................... 3 2塑件材料分析:....................................................................................................................... 3 3结构分析 : ............................................................................................................................ 4 二、初选注射机 ............................................................................................................................... 4

1．注射机参数 ......................................................................................................................... 4 三、注射模结构设计 ....................................................................................................................... 6

1.模具型腔排列方式的确定 .................................................................................................... 6 2.模具分型面的选择 ................................................................................................................ 7 3、注射模浇注系统设计 ......................................................................................................... 8 4.选择推出机构 ...................................................................................................................... 11 5.合模导向机构 ...................................................................................................................... 12 6.排气机构 .............................................................................................................................. 13 7.温控系统的计算 .................................................................................................................. 13 8、标准模架的选择 ............................................................................................................... 13 9、注射机有关参数的校核和最终选择 ............................................................................... 14 四、有关模具工作部分设计及计算 ............................................................................................. 15

1.型腔与型芯的设计： .......................................................................................................... 15 2、抽芯结构的设计计算 ....................................................................................................... 16 由于该塑件没有侧孔 ............................................................................................................. 16 3、成型零部件的尺寸计算： ............................................................................................... 16 五、冷却系统设计及计算： ......................................................................................................... 19 六、模具总安装图： ..................................................................................................................... 21 七、设计小结 ................................................................................................................................. 21

摘要

本设计主要是衣服防臭剂塑料盖的注射模具设计。通过对塑件进行工艺的分析及其结构的分析，从产吕结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构，顶出系统、注射机的选择及有关参数的校核都有详细的设计。介绍了圆环注塑模具的结构组成及工作原理。该模具一模两腔，采用潜伏式浇注系统，结构合理，运行可靠。通过模具设计表明该模具能达到塑料盖的质量和加工工艺要求。

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前言

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大

复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。 近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

本次设计的主要任务是圆环注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产瓶盖塑件产品，以实现自动化提高产量。针对圆环的具体结构，通过此次设计模具的设计有了较深的认识。同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。

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一、塑件的工艺分析

1塑件图

图1.1塑件图

衣服防臭剂塑料盖如图所示，从工件本身来看，属特小型件，类似圆盘状。 注塑模具可选择A2型的模架。因此本次设计主要是针对以上问题进行模具设计，以解决实际生产中存在的问题。

表1.1 产品设计要求

产品名称 塑料盖 2塑件材料分析:

产品材料 ABS 精度要求 10级 生产批量 大批量 生产方式 注射成型 ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。

ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。 附：ABS的主要技术指标

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密度ρ（g/cm3）:1.03 收缩率:0.55%

3结构分析 :

图

1.2塑件

塑件属于薄壁小型塑件，总体形状为圆盘形，上方具有多处开口，用于挥发衣服防腐物质；壁厚均匀，可将分型面设在投影面积最大处。考虑制件的质量和体积,可采用一模一件的二板模的模具结构。

二、初选注射机

1．注射机参数

选用注射机时，通常是以某塑件（或模具）实际需要的注射量初选某一公称

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注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：

V实

式子中，V实—实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（cm3）。

图2.1 分析体

由UG分析体测量，可得塑件的体积约为V=5.634cm3，根据塑料模设计手册查得ABS塑料的密度ρ=1.03g/cm3，质量 m=5.634×1.03=5.80g

该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且应为大手批量生产，可采用一模多腔的结构形式，同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔的结构形式。且型腔的排列采用平衡式排列。

由于浇注系统的关设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1陪来估算，由于本次采用的流产简单并且较短，因此浇注系统的按塑件体积的0.6倍来估算，故一次注入模具开腔塑料的总体积（即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和）为： V总=1.6NV=1.6x2x5.634=18.023cm^3;

由资料可知注射机的额定注射量V为：V1=V总/0.8=22.52cm^3;

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根据椐以上初步选择额定注射量为30cm^3，注射机型号为XS-Z-30卧式注射机。 XS-Z-30型卧式注射机有关技术参数如下：

XS-ZY-125注射机参数： 额定注射量： 最大成型面积： 柱塞直径： 2 锁模力: 公称注射压力： 动定模板尺寸： 柱杆空间： 定位圈尺寸： 喷嘴圆弧半径： 喷嘴孔径： 最大开模行程： 模具最大厚度： 模具最小厚度： 定位圈尺寸

125cm3 320cm2 42mm2 900KN 119Mpa 370×370（mm×mm） 260×290（mm×mm） 直径100mm 12mm 4mm 300mm 300mm 200mm Φ100 三、注射模结构设计

1.模具型腔排列方式的确定

为了制模具与注塑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，模具设计时应确定型腔数目。 型腔数目的确定一般可以根据经济性、 注射机的额定锁模力、 注射机的最大注射量、制品的精度等。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但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，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。该塑件精度要求不高，生产批量适中，从模具加工成本，制品生产时的成本考虑，故拟定为一模两腔。两塑件的型腔做成矩形式，对称分别在定模板上，如下图示：

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图3.1 型腔排布图

2.模具分型面的选择

塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。

该制件为圆盖型,表面质量无特殊要求。此外,该制件高度为13mm,且周边的截面形状为比较简单和规范的直壁。根据分型选择的一般原则,选择如下图所示的A-A水平分型面方式。即可降低模具的复杂程度,减少模具加难度,又便于成型后脱模。

图3.2 分型面

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3、注射模浇注系统设计

所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。 浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道， 具有传物质、 传压和传热的功能，岁塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。

该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、浇口。 <1>主流道的设计 (1):主流道尺寸

1）：主流道的长度 一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于80mm，设计中初取65mm.

2）：注流道的小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=5mm.

3）：主流道的大端直径 D=d+2L主tan(a/2)=8.4mm(a取值在2o~6o，这里取3o)。 4）：主流道的球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=12+2=14mm. 5):球面的配合高度 h=3mm. （2）：主流道的凝料体积

V主=L主（R2主+r2主+R主r主）3.14/3=65(4.22+2.52+4.2x2.5)x3.14/3=2339.66mm3. (3):主流道当量半径 R=（2.5+4.2）/2=3.35mm (4）主流道的浇口套选用及形式

主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流衬套与定位圈设计成一个整体，介考虑上述因素通常公然将其分开来设计，以便天拆卸更换。同时也便于选用优质刚材进行单独加工和热处理。本设计中浇口套采用工具刚T10A，热处理淬火表面硬度为53HRC~57HRC，流道表面的粗糙度Ra<=0.8um。浇口套如下图

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示：

图3.3 主流道

<2>分流道的设计 （1）：分流道的布置形式

为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。并且分流道的截面形状采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料的热量散失、流动阻力均不大[梯形的上底宽度为B=6mm，便于选择刀具—），底面的半径R=1mm形高度取H=2B/3=4mm下底宽度为b梯形面积应满足关系式：(B+b)H/2=3.14D2/4,代值计算得b=3.813mm,考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素，取b=4.5mm,通常计算梯形斜度a=10.6o,基本符合要求，分流道截面形状及分流道的布置形式如下图：

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图3.4 分流道

<3>浇口设计

该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求高，采用一模四腔注射，为便是于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正且开设在分型面上，从开腔的边缘进料。 1）：侧浇口尺寸的确定

（1）：计算侧浇口的深度。根据表2-5，可得侧浇口的深度h算公式为h=nt=0.7x1=0.7mm式中，t是塑件壁厚，这里t取1mm;n是塑料成型系数，查资料可得n=0.7。

（2）：计算侧浇口的宽度。根据表2-5，可得侧浇口的宽度B和计算公式为：B= nA1/2/30代入数据可得B=2.6mm.

(3):计算侧浇口的长度。根据表2-5，可取侧浇口的长度L浇=0.75mm.

<4>冷料穴的设计

冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存前锋的冷料，防止

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冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。一模两腔设计只有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球状形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球状的包紧力凝料从主流道中脱出。

4.选择推出机构

注射成型的每一周期中，必须将塑件从模具型腔中脱出，这种把塑件从型腔中脱出的机构称为脱模机构，也可称为顶出机构或推出机构。脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作. 推出机构的设计原则：

1）推出机构应尽量设置在动模一侧。 2）使制品在推出过程中不变形不损坏。 3）机构简单，推出动作可靠。 4）使脱模后的制品有良好的外观。 5）合模时的准确复位。

采用推杆一次推出制件，推杆用直通式的，合模时采用复位杆复位。

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图3.4 推杆和复位杆

5.合模导向机构

为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱和导套定位，初定采用正装式带头导柱，导套采用带头的形式。

导柱应合理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。为了确保动模和定模只能按一个方向合模，导柱的布置方式采用不等直径导柱的对称布置方式。

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图3.5 导柱和导套

6.排气机构

热塑性塑料模具排除的气体量比较少，利用模具分型面和型芯的间隙排气。

7.温控系统的计算

该塑件在注射成型时，需要设置要温控系统，查《塑料模具设计资料》表2－36，模具温度应在50~80°C之间，因而主要是塑件的冷却。塑件表面积较小，而且型芯是活动的，所以重点是冷却型腔。故定在型腔的外两侧均设置冷却水管冷却，型芯的尺寸较大，为方便加工设计，初定用单管串联的方式冷却。

8、标准模架的选择 <1>初选标准模架

根据凹模镶快的外形尺寸、型腔的排列方式，初选模架为： A2-200250-36-Z1 GB/T 12556-90，B×L为250×315(mm×mm)。

图3.8 模架

模架规格设计选定如下： ①??

考虑塑件的高度为13mm，型腔设计在定模板A上，于是A值由此确

定取为50mm，动模板厚度取40mm，动模支承板厚度为40mm，垫块厚度取80mm;

②由之前确定，用推杆顶推件板推出制件；

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③推板固定板厚16mm，推板厚20mm。

<2>确定闭模高度

由以上的设计各模板厚度的选定，模具厚度M＝（25＋50＋40＋40＋80＋25）mm=260mm。

9、注射机有关参数的校核和最终选择

<1>注射量的校核

由冷料穴以及浇流道的大概体积为4cm3，则可大致确定一个成型周期内塑料的总体积为

V=nVz+Vj=（2x5.63+4）cm3=15.26cm3左右。 而注射量应满足：V=nVz+Vj≤0.8Vz

由此可得，V=39.48cm3＜0.8*Vz=100cm3，满足要求。

<2>锁模力的校核 锁模力应满足：F≥FZ

所以 F=1000KN＞FZ959KN ，满足要求。

<3>模具闭合高度的校核

安装模具的厚度应满足： Hmin＋10mm＜H＜Hmax－5mm 设计模具厚度H总=252mm

XS-ZY-125型，最大装模高度Hmax=300mm，最小装模高度Hmin=200mm H总=252mm，满足模具厚度安装要求。

<4>模具开模行程校核 模具开模行程应满足：Sm

其中：Sz为最大开模行程，查注射机XS-ZY-125型

Sz=300mm，

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Sm为模具的开模行程；

因为 Sm=H1+H2+(5～10)mm=11+34.5+10=55.5mm 所以 Sm

<5>模具安装部分的校核

该模具的外形尺寸为315mm×315mm ，XS-Z-125型注射机模板最大安装尺寸为320mm×350mm，故能满足模具安装要求。

<6>注射机压力的校核

注射机压力应满足：P机≥P塑

P机——注射机的最大注射压力，Mpa或N/ cm3 P塑——成型塑件所需的注射压力，Mpa或N/ cm3

该注射产品说需要的注射压力为80～110MPa，属于中型塑件，取 100Mpa， XS-ZY-125注射机的最大注射压力P机=119Mpa，可见XS-ZY-125注射机满足PP注射压力的要求。

综合验证，XS-ZY-125型注射机完全能满足此模具的注射要求。

四、有关模具工作部分设计及计算

1.型腔与型芯的设计：

该制件采用一模两腔的结构形式，考虑加工的难易程度、材料的价值和利用率等因素，凹模拟采镶嵌式结构，根据分流道与浇口的设计要求，分流道和浇口均设在凹模上。

凹模采用镶拼式的结构形式，台阶固定。

型芯也采用镶拼式的结构形式，台阶固定，使型芯在开模过程中不至于粘在定模上面。型芯镶块和凹模镶块如下图所示：

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图4.1 凹模镶块结构简图

图4.2 型芯镶块结构简图

2、抽芯结构的设计计算

由于该塑件没有侧孔，所以抽芯结构的设计计算在这里可以忽略。

3、成型零部件的尺寸计算：

查有关资料得ABS的收缩率为S = 0.55% ，故Sca =根据塑件尺寸公差要求，模具的公差取δz = Δ/5 。自由公差按MT3，查得Φ700+0.46、Φ680+0.46、Φ680-0.46、Φ660-0.46、Φ360+0.32、Φ340-0.32、130+0.18、120-0.18、60+0.16、60-0.16、20+0.12 20-0.12、

（1）：凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换 Φ70+0.46=Φ70.460-0.46mm，相应的塑件制造公差为：0.46mm； Φ68+0.46=Φ68.460-0.46mm,相应的塑件制造公差为：0.46mm。 Φ36+0.32=Φ32.320-0.32mm,相应的塑件制造公差为：0.32mm。

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由公式LM=[（1+Sca）Ls-xΔ]

??z0可算得

(φ70)= （70.46+70.46*0.0055-0.75*0.46）0+0.092=70.500+0.092 (φ68)= (68.46+68.46*0.0055-0.75*0.46) 0+0.092=68.490+0.092 (φ36)= (36.32+36.32*0.0055-0.75*0.32) 0+0.064=36.280+0.064 (2) 凹模深度尺寸的计算 由 Hm =(H+H*Scp-2Δ/3)

??z0 得：

??z0

??zH M10=[(1+0.0055) ⅹh1-2/3Δ]

=[(1+0.0055) ⅹ13.18-2/3ⅹ0.18] 0+0.036 =13.130+0.036

??zH M20=[(1+0.0055) ⅹh2-2/3Δ]

??z0

=[(1+0.0055) ⅹ6.16-2/3ⅹ0.16] 0+0.032 =6.080+0.036

??zH M30=[(1+0.0055) ⅹh3-2/3Δ]

??z0

=[(1+0.0055) ⅹ2.12-2/3ⅹ0.12] 0+0.024 =2.050+0.024 （φ

0??z38）dm =(d+d*Scp+3Δ/4)

0??z=(37.60+37.60*0.025+3*0.8/4)

=39.140?0.2mm

（1）：型芯径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换 Φ68-0.46=Φ67.540+0.46mm，相应的塑件制造公差为：0.46mm； Φ66-0.46=Φ65.540+0.46mm,相应的塑件制造公差为：0.46mm。 Φ34-0.32=Φ33.680+0.32mm,相应的塑件制造公差为：0.32mm。 由公式LM=[（1+Sca）Ls+xΔ]

0??z可算得

(φ68)= （（1+0.0055）*67.54+0.75*0.46）0-0.092=68.250-0.092

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(φ66)= (（1+0.0055）*65.54+0.75*0.46) 0-0.092=66.240-0.092 (φ34)= (（1+0.0055）*33.68+0.75*0.32) 0-0.064=34.210-0.064 (2) 型芯高度尺寸的计算 Hm =(H+H*Scp+2Δ/3)

0??z=(3.26+3.26*0.025-2*0.52/3)

0??z

?0.130?0.13=2.990mm

H M40??z=[(1+0.0055) ⅹh4+2/3Δ]

=[(1+0.0055) ⅹ11.82+2/3ⅹ0.18] 0-0.036 =12.010-0.036

H M50??z=[(1+0.0055) ⅹh2+2/3Δ]

0??z

=[(1+0.0055) ⅹ5.84+2/3ⅹ0.16] 0-0.032 =5.970-0.032

H M60??z=[(1+0.0055) ⅹh3+2/3Δ]

0??z

=[(1+0.0055) ⅹ1.82+2/3ⅹ0.12] 0-0.024 =1.91 0-0.024

由以上计算，相比之前初选的模架各零件的尺寸均满足塑件的生产要求。

（3）其他零件的设计计算： <1>导柱长度计算

L=固定段长度+导向段长度+引导段长度＝80mm。

导柱和导套与固定板采取H7/K6过渡配合，导柱导向段与导向孔采取H7/f7间隙配合。

<2>推杆长度计算

推杆工作长度按公式L=S+推杆行程+3mm＝55mm 推杆总长度L=H1+H2+H3+推杆行程＝150mm。

<3>复位杆长度计算

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复位杆长度为L=140mm

五、冷却系统设计及计算：

1．冷却介质体积流量的计算

模具冷却时所需冷却介质的体积流量可按下式计算；

WQ1qv=

?c1(?1??2)

式中 qv——冷却介质的体积流量（m2/min）； ?——冷却介质的密度（kg/m3）；

c1——冷却介质的比热容（J/kg·℃）； ?1——冷却介质出口温度（℃）； ?2——冷却介质进口温度（℃）；

W——单位时间内注入模具中的塑料熔体的质量(kg/min) ； Q1——单位时间内塑件在凝固时所放出的热量（J/h）。 其计算公式如下：

Q1=c2?(?3??4)?u

=1.926?(170?50)?180 =411kJ/kg

式中 G——塑件与浇注系统的重量（kg）； c2——塑料的比热容（J/kg·℃）； ?3——熔体注入模具的温度（℃）； ?4——塑件脱模温度（℃）；

u-----结晶型塑料的熔化质量焓(kJ/kg) ；

Lj——结晶型塑料的熔化比潜热（ J/kg）。

取ABS的密度为1.05g/cm3;比热容为1.047 J/kg·℃

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