模具设计

摘 要

本设计详细地阐述了圆盒注射模具的参数化设计过程，给出了注射模具设计的一般步骤。在对产品进行结构分析和工艺分析的过程中，分析成型过程中的参数变化、预测充型质量和可能出现的缺陷。列出了注射机选择的主要依据，并对主要参数进行了校核。在模具的结构设计的过程中，举出了各部分设计时应参照的原则，并结合本课题进行了具体的分析。在分型面的选择问题上，通过三种方案的分析比较，选择了一种最佳方案。侧抽芯主要参数的确定，参照了斜导柱的计算方法，指出了侧抽芯机构的设计要点。在设计完结构后，对模具的安装进行了大致的说明，对模具的开合动作做了必要的分析，对试模过程中可能出现的问题做了详细的分析，并提出了相应的解决方法。

关键词：圆盒 注射成型 模具设计 工艺分析

目 录

第1章 绪论 ······································································································ 3

1.1 注射成型模具的地位及发展趋势 ································································· 3 1.1.1 注射成型模具的地位 1.1.2 注射成型模具的发展趋势

1.2 课程设计选题的背景、设计方法、目的和意义 ··············································· 4 1.2.1 设计选题的背景和设计方法 1.2.2 设计的目的和意义

第2章 塑件工艺性及成型工艺条件 ···································································· 5

2.1 圆盒制品图 2.2 塑件结构工艺性分析 2.3 塑件成型工艺条件分析

第3章 成型设备 ····························································································· 10

3.1 成型设备的选择 ····················································································· 10 3.2 注射机基本参数的校核 ············································································ 10 3.2.1 注射量的校核 3.2.2 锁模力的校核 3.2.3 最大注射压力的校核

3.2.4 注射机安装模具部分的尺寸校核 3.2.5 开模行程的校核

第4章 模具的结构设计 ··················································································· 12

4.1 型腔数目的确定与排列形式 ······································································ 12 4.2 分型面的选择 ························································································ 12 4.3 浇注系统的设计 ····················································································· 13 4.3.1 主流道的设计 4.3.2 浇口的设计

4.4 成型零部件的设计 ·················································································· 14 4.4.1 成型零部件工作尺寸的计算 4.4.2 成型型腔壁厚的计算

4.5 脱模机构 ······························································································ 17

1

4.5.1 脱模力的计算 4.5.2 推出零件尺寸的确定

4.6 侧抽芯机构 ··························································································· 19 4.6.1 侧抽芯机构主要参数的确定 4.6.2 侧抽芯机构设计要点

4.7 温度调节系统 ························································································ 21 4.7.1 温度调节系统的必要性 4.7.2 温度调节系统设计 4.7.2.1 单位时间型腔内的总热量 4.7.2.2 通过自然冷却所散发的热量 4.7.2.3 由冷却系统带走的热量 4.7.2.4 计算冷却回路有关参数

4.8 导向机构 ······························································································ 28 4.8.1 成型部分的导向 4.8.2 推出机构的导向

4.9 排气系统 ······························································································ 28

第5章 模具的分析 ·························································································· 29

5.1 模具的总装图 5.2 模具的开合动作分析

结语····································································································· 31 参考文献 ··········································································································· 32

第1章 绪 论

1.1 注射成型模具的地位及发展趋势

塑料是当今极具活力的一门产业。塑料是现代主要的工业结构材料之一，广泛应用于汽车、宇航、电子通信、仪器仪表、文体用品、化工、纺织、医药卫生、建筑五金等各个领域。至2004年，我国塑料制件的年产量已突破2500万吨。展望21世纪，高分子合成材料将进入质的飞跃发展时期。

1.1.1 注塑成型模具的地位

现代塑料制件的生产中，合理的注塑成型工艺、先进的注塑成型模具及高精度、高效率的注塑设备是当代塑料成型加工中必不可少的三个重要因素。尤其是注塑模具对完成塑料加工工艺要求、塑料制件

2

使用要求和造型设计起着重要作用。高效的、全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具制造和创新为前提的。

从2003年我国模具进口的海关统计资料可知，塑料模具占了模具进口量的57%，而注射成型模具在整个塑料模具中占据了很大的比例。注射成型模具设计得好坏，决定着注塑成型制件的质量优劣及成品率高低，也就是说，是否能加工出优质价廉的塑料制件，在很大程度上要靠注塑成型模具设计的合理性和先进性来保证。

我国注塑模具产品水平自2004年以来也取得了长足的进步。在大型注塑模具方面，可以生产1219mm电视机的塑料外壳模具、6.5kg大容量洗衣机洗衣桶的模具以及汽车保险杠、整体仪表板等塑料模具；在精密注塑模具方面，已能生产照相机塑料模具、多型腔中模数齿轮模具等。这也显示了目前我国注塑模技术已达到了较高水平，并在国民经济中将发挥越来越重要的作用。

现在考察某个国家的科学与生产技术水平，塑料的生产与应用情况是重要标志之一。塑料的加工与应用和塑料工业发展的快慢，对国家科技与生产，以及国民经济的发展的巨大影响是不言而喻的。随着现代化技术的迅速发展，人们生存在“塑料世界”中，注塑模在国民经济发展过程中将处于十分重要的地位。

1.1.2 注塑成型模具的发展趋势

我国塑料模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比存在很大的差距。但在国家产业政策和与之相配套的一系列国家经济政策的支持和改革开放方针引导下，我国注塑模得到迅速发展，高效率、自动化、大型、微型、精密、无流道、气体辅助、高寿命模具在整个模具产量中所占的比例越来越大。总体上来看注塑模具发展趋势，注塑成型模具正加深理论研究，加速推进标准化进程，扩大研究各种特殊结构注塑模具，全面推广CAD/CAE/CAM，进一步加强快速原型制造技术。

1.2 课程设计选题的背景、设计方法、目的和意义 1.2.1 设计选题的背景和设计方法

本次设计的圆盒是一商品，在日常生活中它有很多的应用。由于它的生产批量大，精度要求高，且材料为塑料PS，适合在塑料模具行业进行生产。本设计中使用注射模具来生产该产品，其原理是将粒状塑料连续输入到成型机的料筒中加热熔融，然后由注射杆推进，由喷嘴和模具的浇注系统导入模具中，然后保压冷却，使之固化成型。为了合理而快速的设计出模具，采用参数化设计，保证模具的各种数据上有紧密的量的联系。整个设计过程包括工艺条件的分析、最佳方案的确定、模具结构设计、模具二维和三维图的绘制。通过CAD绘制各种零件图，最后整理设计说明书，完成整个设计。

1.2.2 设计的目的和意义

通过这次课程设计，预期达到以下目的： 1）加深对塑料的组成及性能的了解;

2）了解塑料成型的基本原理，学会正确分析成型工艺对模具的要求; 3）掌握一类成型模具的结构特点及设计方法;

3

4）具有初步分析、解决模具现场技术问题的能力。

注塑成型是一门实践性很强的学问，若想对它融会贯通，还需要长期的生产实践经验。在课程设计中，需要对本学期学过的知识进行综合应用，即可以加深对已学知识的理解，又可以从中发现不足同时，也可以加强创新以及动手能力的培养，加强独立分析和解决问题的能力，因此，本次圆盒的设计有非常重要的现实意义。

第2章 塑件工艺性及成型工艺条件

2.1 圆盒制品设计要求

（1）塑件不得有凹陷、银丝、波纹等注塑缺陷； （2）脱模斜度30′-1°； （3）中批量生产；

（4）要求设计圆盒注塑模具.

图2.1.1 圆盒尺寸图 图2.1.2 圆盒制品图

2.2 塑件结构工艺性分析

了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，包括结构分析、尺寸精度和表面质量等。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。

本塑件为圆形桶状薄壁商品，壁厚均匀，有利于各部分同时冷却，减缓内应力。将零件开口朝上放置，其底部有一个圆形凸起，上部有一个凸台，并开有小窗，需要采用侧抽芯结构，桶比较深，要求较大的开模行程，但有足够的斜度，可以顺利脱模，经模流分析，气孔和熔结痕较少，且不在关键部位，充型质量很高，可以保证表面质量，塑件体积为107.95cm3。塑件不允许有裂纹、变形缺陷，精度等级为高精度。综上，可以成型合格的塑料制件来。

4

2.3 塑件成型工艺条件分析

成型本零件使用聚苯乙烯（PS），该材料为热塑性塑料，比重小，具有高的强度、刚性、硬度，耐腐蚀、性耐热性、电绝缘性优良，可在100℃左右使用。该塑料为无定形高聚物，注射时一般不需要进行干燥。流动性好，它的流变特性是黏度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。因此，在注射充模时，通过提高注射压力或注射速度来增大熔体的流动性比通过提高温度有利。其结晶能力较强，提高模具温度将有助于制件结晶度的增加，甚至能提前脱模。同时，聚苯乙烯质软易脱模，塑件有浅的倒凹模时可强行脱模。

表2.3.1 PS的基本特性参数 项目 参数 密度ρ（g/cm3） 1.04～1.06 比体积（cm3/g） 0.94～0.96 吸水率（%） 0.03～0.05 熔点（℃） 131～165 成型收缩率（%） 0.2～0.8 硬度（HB） M65～80 抗弯强度（Mpa） 610～980 拉伸弹性模量（KMpa） 2.8～3.5 表2.3.2推荐成型工艺 塑料 聚苯乙烯（PS） 项目 注射机类型 螺杆式 螺杆转速/r/min 30～60 形式 直通式 喷嘴 温度/oC 160～170 前段 170～190 料筒温度/oC 中段 -- 后段 140～160 模具温度/oC 20～60 注射压力/MPa 60～100 保压力/Mpa 30～40 5

注射时间/s 保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s （

0～3 15～40 15～30 40～90 本设计中选择注射温度为160 oC。中批量生产，成型周期取20s，即成型周期=注射时间2s+冷却时间9.3s+开合模时间8.7s。模温低可以降低收缩率，减小热应力，防止变形，保证表面质量，模温高可以提高尺寸稳定性，综合考虑，取模温度30 oC。

经模流分析，在以上工艺条件下，可以得到很好的充型质量，并且压力降、模流前端温度、熔结痕位置、气孔位置等均在一个可以接受的程度。

第三章 成型设备

3.1 成型设备的选择

选注射机考虑注塑容量、最大成型面积、闭合高度、模具体的截面尺寸、模具的顶出、定位环、浇品套以及成型工艺，现初步确定注塑型号为XS-ZY-500，根据型腔尺寸选定模架型号为A4-450560-125-Z2 GB/T12556.1-1990。

表3.1.1 注射机基本参数 额定注射量/cm3 螺杆直径/mm 注射容量/cm3 注射压力/MPa 注射行程/mm 锁模力/kN 最大注射面积/cm2 喷嘴孔直径/mm 喷嘴圆弧半径/mm 注射时间/s 模板行程/mm 模具最大厚度/mm 模具最小厚度/mm 500 65 500 104 200 3500 1000 5 R18 2.7 500 450 300 6

定位孔直径/mm 150 3.2 注射机基本参数的校核 3.2.1 注射量的校核

根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%，按体积表示法，必须

nVz?Vj?0.8Vg （3.1）

式中Vz——单个塑件容量，用Pro/E测得107.95cm；

3Vj——浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量，40cm3；

n——型腔数目，在型腔的数目和排列方式中确定为1； Vg——注射机额定注射量，500cm3。

则1?105.84?40?147.95?0.8?500?400，故注射量符合要求。

3.2.2 锁模力的校核

为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。本设计中必须

F?PmAz （3.2）

式中F——注射机额定锁模力（N）；

Pm ——塑料熔体在型腔内的平均压力，取35MPa；

Az ——制品在分型面上的垂直投影面积，经计算得1286. 8cm2。

则3500000?35?12867.8?450373，故锁模力符合要求。

3.2.3 最大注射压力的校核

本设计中成型时的注射压力为70～100MPa，注射机额定注射压力为104MPa，故注射压力符合成型要求。

3.2.4 注射机安装模具部分的尺寸校核

定位环尺寸：定位环必须与定位孔呈间隙配合，便于模具安装并使主流道中心线与注射机喷嘴中心线重合，定位环的高度小型模具取8～10mm，大型模具取10～15mm，定位孔深度应大于定位环的高度。

模具厚度：确定型腔尺寸后选定标准模架，查资料6得模架的闭合厚度为440mm，在注射机允许的最大450mm、最小闭合厚度350mm之间。

模具的长度与宽度：查资料6得模板长度为560mm，宽度为500mm，故可以安装在注射机上。

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3.2.5 开模行程的校核

开模行程应小于或等于注射机的模板行程，按下式校核

Smaz?S?H1?H2?S1?(5~10) （3.3）

式中Smax——注射机最大开模行程，500mm； S——模具所需开模距离，mm；

Sc'——抽芯距，17.00mm；

H1——塑件脱模距离，52mm；

H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度，184mm。

?17.0?0 S?52?184

?10m2m3 6 可见，开模行程满足设计要求。

第4章 模具的结构设计

4.1 型腔数目的确定和排列方式

确定型腔的数目有四种方法：按注射机的最大注射量、注射机的额定锁模力、制品的精度要求以及加工的经济性。现在根据注射机的最大注射量来确定型腔数目n

n?0.8vg?vjvn （4.1）

式中 vg——注射机最大注射量，cm3；vj——浇注系统凝料量，cm3；vn——单个塑件的体积，cm3 查表3.1.1，vg=500cm3，设定vj=40cm3，且vn=107.95 cm3 则：n?0.8?500?40?3.33（个）

107.95若取n=3，增加模具制造难度，所以取n=1。 故，本模具为一模一腔，布置在正中。

4.2 分型面的选择

模具上用于取出塑件和（或）浇注系统凝料的可分离的接触面通称为分型面。

通常按分型面的形状，将分型面分为平面型、曲面型和阶梯形三种。常把动定模分开的面称为主分型面。选择分型面的基本原则：①便于脱模和简化模具结构；②不影响外观；③保证尺寸精度；④有利于排气；⑤便于模具零件加工；⑥考虑注射机的技术规格；⑦侧向分型应与主分型面协调。本设计中分型面可以有以下三种方案：

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方案一分型面示意图 方案二分型面示意图 方案三分型面示意图 方案一：分型面选在凸台的下沿。经模流分析，产生的气孔和熔结痕主要集中在如图所示A-A面上，且该面为料流未端，利于利用分型面排气，且比较容易达到表面质量，但是增加了侧型芯的制造难度

方案二：分型面选在凸台的上沿，该分型面便于侧型芯和动模侧型芯的制做，却增加了型腔的制造难度，同时，凸台的上表面为重要面，对表面质量的要求较高，如此设置分型面会导致飞边，影响上重要面的成型精度，并且不利于排气。

方案三：分型面选在圆盒的顶面。这种设计降低了型芯的制造难度，却同时增加了型腔和滑块的制造难度，并且容易导致分型面上尺寸精度偏差，凸台的下沿会出现气孔等缺陷。这种设计有可能要求滑块安装在定模上，这就增加了侧抽芯机构的复杂性。

综上，全面考虑到制品的成型质量和模具的制造工艺性，选择方案一为本设计最终的设计方案。

4.3 浇注系统的设计

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成，其作用是使熔体顺利而平衡的充模、压实和保压。

4.3.1 主流道的设计

主流道与熔体接触，应选用较好的材料制造，还要进行淬火处理，以提高硬度，常设计成浇口套，便于更换。为保证浇口套不被冲出定模，加定位环固定，同时也能让浇口套与喷嘴对中定位。

①主流道设计成锥形，PS流动性好，可取较小的锥角， 本设计中取?=2?，内壁表面粗糙度取Ra=0.63?m。

②主流道半球形R2=R1+（1~2）mm，本设计R1=18mm，R2=18+1=19mm。

小端直径d2=d1+(0.5~1)mm，d1=5.5mm, d2=5.5+0.5=6mm,取0.5是为了获得更小的截面积，从而有更大的充型速度，并且减小温降和压力降。

凹坑深度取h=10mm. ③大端过渡圆角半径取r=2mm

④主流道长度根据模板厚度确定，L=62mm；衬套和定模采用配合H7/m6。 ⑤定位环与注射机定位孔采用H11/h11配合。

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图4.3.1 浇口套结构示意图

4.3.2 浇口的设计

本模具为单腔深腔模具，可以采用直接浇口。该浇口流通途径短，压力、能量损失小，易于加工，补缩作用强，有利于充型。为防止冷料进入型腔，在浇口内侧开0.5倍壁厚的不明显的冷料穴，主流道长度就尽量短，浇口直径应尽量小，一般D≤2t。根据模流分析，可知，圆盒底部中心为最佳浇口位置。

4.4 成型零部件的设计

4.4.1 成型零部件工作尺寸的计算

（1) 主型芯参数的确定

①主型芯径向尺寸

主型芯径向尺寸按以下公式计算：

0l?[l?lS?x?] msscp??z (4.2)

式中lm——型芯基本尺寸；ls——塑件内形基本尺寸；

Scp——塑料平均收缩率，0.7%；x——修正系数，取0.6；

?——塑件尺寸公差；?z——型芯制造公差，取?/4。

则主型芯大端和小端径向尺寸分别是

lm1?[114?114?0.007?0.6?0.82]00.82?115.290?0.21

?4lm2?[100?100?0.007?0.6?0.82]00.82?102.720?0.21

?4②主型芯的轴向尺寸

主型芯轴各尺寸按以下公式计算：

10

hm?[hs?hsScp?x'?]0??Z (4.3)

式中hm——型芯基本尺寸；hs——塑件内形基本尺寸；Scp——塑料平均收缩率，0.7%；

x'——修正系数,0.6；?——塑件尺寸公差；?z——型芯制造公差，取?/4。

则主型芯高度 hm?(128?128?0.007?0.6?0.92)0?0.92?129.450?0.23；

4计算参数如图4.4.1所示：

图 4.4.1 型芯主要尺寸计算示意图

2）型腔参数的确定

①型腔径向尺寸

L??m?[Ls?LsScp?x?]0Z (4.4)

式中Lm——型腔基本尺寸；Ls——塑件外形基本尺寸；Scp——塑料平均收缩率，0.7%；

x——修正系数，取0.6；?——塑件尺寸公差；?z——型腔制造公差，取?/4。

则型腔大端和小端尺寸为

0.92Lm1?(124?124?0.007?0.6?0.92)?4?124.32?0.23000.82Lm2?(104?104?0.007?0.6?0.82)?04?104.24?0.210

②型腔轴向尺寸

型腔轴向尺寸按以下公式计算：

H[H??m?s?HsScp?x'?]0Z (4.5)

式中Hm——型腔基本尺寸；Hs——塑件外形基本尺寸，120；Scp——塑料平均收缩率，0.7%；x'——修正系数, 0.6；?——塑件尺寸公差；

?z——型芯制造公差，取?/4。

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（

则型腔高度尺寸为Hm?(120?120?0.007?0.6?0.82)0计算尺寸示意如图4.4.2所示：

图 4.4.2 型腔主要尺寸计算示意图

?0.824?0.21。 ?120.3504.4.2 成型型腔壁厚的计算

本设计为小型模具，成型零部件的强度问题比较突出，即应力达到许用数值时，弹性变形量与其许用数值之间相差比较大，这种情况下只对成型零部件进行强度校核即可。型腔选用材料为T8。

① 侧壁厚度 tc?r???????2pM??1?? （4.6） ?式中tc——侧壁厚度，mm；r——凹模型腔内孔的半径，52mm；

?——材料的许用应力，一般中碳钢取200MPa；pM——模腔压力，25MPa。

tc?52?(200?1)?8.05mm；取9mm。

200?2?25则型腔外轮廓半径为62mm，可做为选择模架的依据。

3pMr2② 底部厚度 th? （4.7）

4?式中th——底部厚度，mm；r——凹模型腔内孔的半径，52mm；

?——材料的许用应力，一般中碳钢取200MPa；pM——模腔压力，25MPa。

3?25?522?15.94mm ，取16mm。 则tk?4?200计算结果如图4.4.3所示：

12

图 4.4.3 型腔壁厚主要尺寸示意图

4.5 脱模机构

脱模机构设计原则：①保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观；②尽量将塑件留在动模；③推出机构运动要准确、灵活、可靠，无卡死现象，机构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。

因圆盒型较深，PS质软，且一模一腔，为不使塑件变形，可利用成型零件推出。

4.5.1 脱模力的计算

本圆盒为薄壁制件（t/d=2/114=0.018<0.05）,所需脱模力按以下公式计算：

F?2??1ESLcos??f?tan???0.1A （4.8）

?1???K2式中?1——圆环形制品的壁厚，2mm；E——塑料的弹性模量，3000Mpa；

S——塑料平均成型收缩率,0.7%；L——制件对型芯的包容长度，128mm；

?——模具型芯的脱模斜度，3o；?——塑料的泊松比，0.32； K2——无量纲系数，随f和?而异，取1.0084；

f——制件与型芯间的磨擦系数，0.12；

A——制品型芯在垂直于脱模方向上的投影面积，7086.68mm2。

2?3.14?2?3000?0.007?128?cos3??（0.12?tan3?）F??0.1?7076.63?4031.03N

（1?0.32）?1.00844.5.2 推出零件尺寸的确定

本设计使用成型零部件脱模，只需计算推杆即连接杆的尺寸。根据压杆稳定公式，可得推杆直径（mm）的公式

?L2F?d?K??nE????1/4 （4.9）

式中d——推杆的最小直径，mm；K——安全系数，可取K?1.5；

L——推杆的长度，244mm，F——脱模力，4031.03N；

n——推杆数目，1；E——钢材的弹性模量，3000Mpa；

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2442?4031.031/4)?25.23mm,取30mm； 则d?1.5?(3000推杆直径确定后，按以下公式进行强度校核

??4F?[?] (4.10) 2n?d式中[?]——推杆材料的许用应力，200Mpa；?——推杆所受的应力，Mpa；

??4?4031.03?5.71Mpa<200Mpa，符合受力要求。

3.14?302推出机构形式如图4.5.1所示：

图 4.5.1 推出机构示意图

4.6 侧抽芯机构

圆盒的边缘存在螺纹及其他结构，不能强制脱模，故需要侧向抽芯机构。

考虑到型腔较深，对型芯的包紧力较大，虽有较大斜度仍不能保证能顺利脱模，故采用弯销滞后侧抽芯机构，开模后有一段空行程，该机构抗弯强度高，可使用较大的倾斜角，在开模行程相同的条件下，可以得开更大的抽芯距。

4.6.1 侧抽芯机构主要参数的确定

①抽芯距S

型芯从成型位置到不妨碍塑件脱模的位置所移动的距离叫抽芯距。一般抽芯距为侧孔或侧凹深S0加2～3mm的余量。这里S0=2mm，则S?S0?(2～3)mm=2+2=4mm

②弯销的倾角?

倾角?不仅决定开模行程和弯销长度，对弯销的受力状况也会产生重要影响。本设计取倾角

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??20?。

③有效工作长度LL?S4==11.68mm sin?sin20?弯销和滑块孔之间的间隙?，取0.5mm。

工作原理见图4.6.1。

图 4.6.1 弯销工作原理示意图 ④弯曲力F 弯曲力F?Fc，式中Fc为抽芯阻力，即塑料对侧型芯的包紧力。 cos?因Fc?pA

式中p——塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力，一般取8～12Mpa，本设计取p=9Mpa。

?42 A——塑料制品包紧型芯的侧面积，这里为1.49?10m

故Fc?9?1.49?10?4=1341N F?1341=1427N ?cos20⑤弯销的截面尺寸b、h

弯销的截面形状为矩形，宽为b，高为h。抽芯时，弯销受有弯矩M的作用，其最大值为

M?FL1427?0.01754N?m=26.6N?m ?cos?cos20?由材料力学可知弯销的弯曲应力为

?W?M?[?]W （4.11） W式中M——弯销的抗弯截面系数；

[?]W——弯销材料的弯曲许用应力，对碳钢可取13.7kN/cm3(137Mpa)；

弯销的截面为矩形，其截面系数为

2bh2W?，本设计中取b=h，

36h?3则b=

9FL9?1427?0.01316=3=13.13mm，规整取14mm

[?]Wcos?1.37?108?cos20?2?13.13=8.75mm，此为不安装螺钉而满足强度要求时需要的最小尺寸，由于还需螺钉固3定，螺钉选用M3系列的，故应加上螺钉导致的缺孔的宽度，取12mm。

空行程取5mm。

15

'抽芯行程为Sc?Lcos??13.16?cos20?=12.37mm。

4.6.2 侧抽芯机构设计要点

弯销常采用45钢、T10A、T8A及20钢渗碳淬火， 不大于0.8?m，弯销与固定板采用H7/m6。

滑块采用组合式，便于加工、维修和更换，并能节省优质钢材，滑块常用45钢或T8、T10制造，淬硬至40HRC以上，而型芯则要求用CrWMn、T8、T10或45钢制造，硬度在50HRC以上。

导滑块槽应使滑块运动平衡可靠，二者之间上下、左右各有一对平面配合，配合取H7/f7，其余各面留有间隙。滑块的导滑部分应有足够的长度，以免运动中发生偏斜，一般导滑部分长度应大于滑块宽度的2/3，否则滑块在开始复位时容易发生倾斜。导滑槽应有足够的耐磨性，由T8、T10或45钢制造，硬度在50HRC以上。

滑块应有定位和锁紧装置。锁紧块有于在模具闭合后锁紧滑块，承受成型时塑料熔体对滑块的推力，以免弯销弯曲变形；但开模时，又要求锁紧块迅速让开，以免阻碍弯销驱动滑块抽芯。故销紧块的楔角?应大于倾斜角?，一般取?'???(2?~3?)。

设计结果如图4.6.2所示：

图 4.6.2 侧抽芯机构示意图

1．弯销 2.动模垫板 3.滑块 4.定位装置

16

'热处理硬度在55HRC以上，表面粗糙度Ra4.7 温度调节系统

4.7.1 温度调节系统的重要性

模具温度对塑料制件的质量及生产效率有极大的影响：

a.改善成形性；b.成型收缩率；c.塑件变形；d.尺寸稳定性；e.力学性能；f.外观质量。

4.7.2 温度调节系统设计

4.7.2.1 单位时间型腔内的总热量Q（kJ/h）

Q?NGQ1 （4.12）

式中N——每小时注射次数；G——每次塑料的注射量，kg；Q1——单位热流量，kJ/kg。 本设计中成型周期为20s，N=3600/20=180次；

每次塑料的注射量包括塑件的质量和浇注系统的质量，本设计中塑件的质量为113.3g，设浇注系统质量为10g，则G=123.3g=0.1233kg。

查相关资料，取Q1=160.8kJ/kg，Q=180?0.1233?160.8=3568.7952kJ/h

Q4.7.2.2 通过自然冷却所散发的热量 Qd、f、Qt

① 由对流所散发的热量Qd（kJ/h）

4360Qd?4.187(0.25?)AM??2M??e?3 (4.13)

?2M?300式中Q2M——模具平均温度，本设计中为30?C；Qe——室温，一般取20?C；

AM——模具表面积，m2；

AM?AM1??AM2 (4.14)

式中AM1——模具的四个侧表面积，即4?355??114?125?32?100?=526820mm=0.527m；

22AM2——模具的两个分型面表面积，为模板面积与塑件侧面积之和的两倍，即

?=332050mm2=0.33m2； 2??355?355?40000?——开模率；??t??t1?t2? (4.15) t式中t——注射成型周期，20s；t1——注射时间，2s；t2——制品冷却时间，9.3s。 故??

20??2?9.3?2 =0.435，AM?0.52682?0.435?0.33205=0.671m,

2017

4360Qd?4.187?(0.25?)?0.671??30?20?3 =81.16kJ/h

30?300

② 由幅射所散发的热量Qf（kJ/h）

??273??2M?4?273??e?4?Qf?20.8AM1????? (4.16) ???100100????????式中AM1——模具的四个侧表面积，0.52682m；?——辐射率，本设计取0.80；

2?2M——模具平均温度，本设计中为30?C；?e——室温，一般取20?C；

??273?30?4?273?20?4?Qf?20.8?0.527?0.80???????? =92.83kJ/h

100100????????③ 向注射机工作台所传递的热量Qt（kJ/h）

Qt?h2AM3??2M??e? (4.17)

式中AM3——模具与工作台接触面积，400?355?2=284000mm=0.29m；

22h2——传热系数，普通钢取h2=502kJ/(m2?h??C)

Qt?502?0.29??30?20? =1455.8kJ/h

④ 脱模后塑件带走的热量Qz（kJ/h）

Qz?NGQ2

式中N—每小时注射次数，180次；G—每次塑料的注射量，0.12；Q2—单位热流量，30?C时取20kJ/kg。

Qz?180?0.12?20=442.8kJ/kg

4.7.2.3 由冷却系统带走的热量 Q2（kJ/h）

Q2?Q??Qd?Qf?Qt?Qz?=3568.80??81.16?92.83?1425.68?443.88?= 1525.25kJ/h

Q2应分别由凹模和型芯的冷却回路带走，采用资料1式（10-41）的分配方案，

Q2G?0.4Q2?0.4?1525.25=610.1kJ/h

18

Q2K?0.6Q2?0.6?1525.25=915.15kJ/h 4.7.2.4 计算冷却回路有关参数 4.7.2.4.1 凹模所需冷却水管参数

qV?Q2G (4.18)

c1???out??in?式中Qin——冷却水入口温度，设定20?C；

Qout——冷却水出口温度，本设计要求精度较高，设定出口温度为21?C ?——冷却水平均温度时水的密度，998.2kg/m3； c1——冷却水平均温度时水的比热容，4.19kJ/?kg??C?；

qV——所需冷却水的体积流量，m3/h

qV?则冷却水的平均流速

1610.1?= 2.43?10?3m3/min

4.19?998.2??21?20?602qV2?2.43?10?3v?==1.61m/s 2215?d15?3.14?0.008将冷却管道设计成螺旋形半圆水道，直径d设为0.008m，则冷却水流速应是计算的一倍，即3.22m/s。

凹模冷却水道长度:

模具热阻按以下公式计算

?t?Qpl?2AG?? (4.19)

式中?t——模具的热传导阻力，表现为温差，?C；Qpl——进入模具的熔体的总热含量，922.1W；

?——水孔中心至型腔的距离，取9mm；AG——型腔表面积，122783mm2；

??——模具材料的传热系数，查资料，一般钢材取5?104W/(mm?K)；

?t?922.1?9?7=1.35?10K 42?122783?5?1019

可见，冷却水管壁与型腔壁温差几乎为零，即整个型腔温度可视为相等。

则型腔散热面积

?G?Q2G (4.20)

13360(1?0.015?5M)(?2M??5M)v2式中?G——型腔的散热面积，m；?5M——冷却水平均温度，20.5?C；

?G?610.122=0.0037m，制件与型腔的接触面积为0.047m，与计

13360?(1?0.015?20.5)(30?20.5)算的散热面积比较接近。 则型芯冷却水管长度

L??G3700==179.96mm

(0.5??1)d(0.5?3.14?1)?8凹模冷却水道参数校核

冷却水流动状态的校核 校核公式为

Re?vd??6000~10000 (4.21)

?52式中?——水的运动黏度，查资料1P229图10-8，取?=1.0?10m/s 则Re?3.22?0.008?25760?6000~10000

1.0?10?6故水的流动属于稳定湍流，有良好的冷却效果。 冷却回路压降计算

?p?32???(L?Le) (4.22)

d23式中?——水在?5M时的密度，993.2kg/m；

Le——冷却回路因孔行变化或改变方向引起的局部阻力的当量长度，型腔中有一次90o转弯，得Le=1?30d=1?30?0.008=0.24m

32?1.0?10?6?993.2?3.22?(0.18?0.24)?p?=671.6Pa

0.0082该压力远小于一般自来水的压力，故该方案可靠。

20

图 4.7.1 型腔三维图

4.7.3.4.2 型芯所需冷却水管参数

qQ2KV?c??

1???outin?式中Qin——冷却水入口温度，设定20?C；

Qout——冷却水出口温度，本设计要求精度较高，设定出口温度为21?C；?——冷却水平均温度时水的密度，998.2kg/m3； c1——冷却水平均温度时水的比热容，4.19kJ/?kg??C?；

qV——所需冷却水的体积流量，m3/h q915.18V?4.19?998.2??21?20??160= 3.65?10?3m3/min

将冷却管道设计成螺旋形半圆水道，直径d设为0.008m，则冷却水的平均流速

2qV2?3.65?10?3v?15?d2=15?3.14?0.0082=2.42m/s

半圆形水道流速应为4.82m/s。

型芯冷却水道长度:

与型腔设计时同理，整个型芯温度可视为相等。 则型腔散热面积

?2KK?Q13360(1?0.015?

5M)(?2M??5M)v

21

式中?2K——型芯的散热面积，m；?5M——冷却水平均温度，20.5?C；

?915.182G?13360?(1?0.015?20.5)(30?20.5)=0.0055m

制件与型芯的接触面积为0.048m2，与计算的散热面积比较接近。 则型芯冷却水管长度

L??K(0.5??1)d=5500(0.5?3.14?1)?8=267.51mm

型芯冷却水道参数校核 冷却水流动状态的校核

校核公式为 Re?vd??6000~10000

式中?——水的运动黏度，查资料1P229图10-8，取?=1.0?10?5m2/s 则Re?4.82?0.0081.0?10?6?38560?6000~10000 故水的流动属于稳定湍流，有良好的冷却效果。 冷却回路压降计算 ?p?32???(L?Le)d2

式中?——水在?5M时的密度，993.2kg/m3；

Le——冷却回路因孔行变化或改变方向引起的局部阻力的当量长度；

则Le=1?30d=1?30?0.008=0.24m

?p?32?1.0?10?6?993.2?4.82?(0.27?0.24)0.0082=1220.74Pa 该压力远小于一般自来水的压力，故该方案可靠。

图 4.7.2 型芯冷却回路三维图

22

冷却水道的布置如图4.7.3所示，其中A、B为两股不同的水流：

1.定模板 2.动模板 3.动模垫板

4.8 导向机构

导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零部件之间的准确对合，起定位和导向作用。主要有导柱导向和锥面导向两种形式，其设计基本要求是导向精确，定位准确，并具有足够的刚度、强度和耐磨性。

4.8.1 成型部分的导向

本设计中塑件的尺寸较大，成型压力会使型芯和型腔偏移，且型腔较深，精度要求较高，故采用锥面定位。此种设计还可以提高模具的刚性。

具体结构见图4.8.1，其中锥角取22o，高度大于15mm,两锥面均进行淬火处理。

图4.8.1 圆锥面定位结构示意图

4.8.2 推出机构的导向

为保证连接杆的准确推出与复位，设计了四根复位杆。

4.9 排气系统

型腔得浇注系统产生的气泡常分布在与浇口对应的位置；熔体中水分蒸发产生的气泡呈不规则分布；

23

熔体分解产生的气泡主要分布在厚壁部分。可据此判断气泡来源。

排气方式很多： ① 利用分型面排气；

② 利用型芯与模板的配合间隙排气； ③ 利用推杆或侧型芯的间隙排气； ④ 开设排气槽。

经模流分析，本塑件中气泡主要产生有分型面上，故可利用分型面排气，若还不足，则加大侧型芯运动间隙来排气。

第5章 模具的分析

5.1 模具总装图

图5.1.1 模具装配图主视图

1. 动模座板2. 垫块3. 紧固螺钉4.动模固定板5.螺栓6. 动模板7. 弹簧8. 螺纹固定块9. 弯销10.螺钉11.紧固销12. 定模板13. 定模座板14.紧固螺钉15. 定位圈 16. 浇口套17. 定模镶块18.推板19. 型芯20.水套21. 衬套22. 紧固螺钉23. 连接杆24. 复位杆25. 推杆固定板26. 推板

5.2 模具的开合动作分析

模具的开模、合模如下图所示：

24

a.合模 b.开模

动作过程分析：

1) 拉出凝料。开模时，开始滑块有5mm的空行程，这一过程中滑块与动模板不发生相对运动，塑件依靠小窗这一结构将凝料从流道中拉出。

2) 侧抽芯过程。滑块经历5mm的空行程后，开始与弯销的斜面接触，在弯销的作用下，滑块开始向两侧运动，经历17.37mm的开模行程后完成侧抽芯动作。

3) 推出塑件。完成侧抽芯后，动模继续运动一段距离，在注射机顶杆的作用下，推板通过连接杆作用到推件型芯，使整个塑件平稳的脱离型芯。至此，可以取下塑件。

4) 合模。合模过程是以上开模运动的逆过程，首先是动模向定模侧运动，推出机构复位，之后在弯销的作用下，滑块复位，最后锁紧方可进行下一次注射。

结 语

通过本次课程设计，我学习了很多的东西，感受颇深。不仅使我对产品分析、模具设计、模具制造工艺、模具装配与调试、模具材料的选用、二维及三维参数化设计等知识有了系统的认识和把握。同时，使我深刻体会到了模具从产品工艺和结构分析到整副模具的设计及制造过程的一体性，以及各个部分数据的相关性和经验在模具设计中的重要性。

在做课设期间，查阅了相关设计工艺图，参考了相关资料，最大的感受就是做好课程设计，不仅要细心，更要有耐心。大量的计算，确实很让人费时。但我还是一步步计算了下去。虽然有好多问题不懂，但我主动问老师、同学，最终完成。在这个忙碌又充实的探索过程中真的收获很大。同时也暴露出了自己某些方面的不足，简单的总结如下：

第一，一开始设计时思路不够清晰，对模具的设计流程不是很清楚，该做的工作没做，

25

对模具各部分数据相关性认识不够，不懂得利用后面的数据，以至在一个环节上反复徘徊，浪费了太多时间。

第二，基础知识不太扎实，对课本理论的不熟悉导致编程出现错误。设计过程中出现过制图上的错误，在绘制零件图的过程中不懂得形位公差的标注等。

第三，缺乏交流与分析。

面对这些不足，我需要深刻的反省自己。要不断努力。我深刻认识到，无论做什么事情，只要足够坚强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。在这次难得的课程设计过程中，我学会了处理问题的方法，得到了从单一到系统化的全面提高，领悟了设计规范和设计标准的运用的重要性，也使我在文档的撰写等方面得到全面的训练和提高，相信这为我以后从事本专业实际工作和研究工作奠定了重要的思想基础。

最后，我要谢陈吉平老师的悉心指导，让我顺利的完成了这次课程设计的任务，也感谢在期间帮助我的同学，让我学到了很多。再次感谢你们。

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