家用五孔插座下壳盖注塑模具设计

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摘 要

塑料产品在如今的生活中受到越来越广泛的应用，和人民的生活息息相关。塑件又是通过塑料模具生产的，所以塑料模具的设计也越来越重要。模具的结构和形状尺寸的设计是整个设计的重中之重，结构和形状尺寸的设计不合理，将无法做出适合的塑件。如果结构和形状尺寸的设计太繁琐，将会大大的浪费材料，增加成本，无法达到经济性条件。当然，一个真正实用的塑件的产生，其他的因素也是必不可少的，例如：塑件产品本身材质的选择、成型设备的选择、模具材料的选择等等。

本设计主要介绍了一套完整的塑料模具设计所需要的基本因素，分析了成型设备的特性，并对模具的基本结构进行了计算分析，涵盖了从塑料开始融化直到成为塑件为止所需要的全部流程。然后通过AutoCAD绘制出模具的二维装配图，用Pro/E绘制出模具的三维实物图，在此基础上展现模具的结构以及各个结构之间的配合。

关键词 塑料；模具设计；模具结构；AutoCAD；Pro/E

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A design of the domestic five-hole lower shell

for a plastic injection mould

Student: Jiao Meng-chuang Teacher: Sun Bao-fu

Abstract: In today's life, Plastic products is used more and more widely, and it is closely linked with people's life. Production is get through the plastic mould, so the design of the plastic mold is becoming more and more important. The design of the mould about structure and shape dimension is the key of the whole design, the design of the structure and shape dimension is unreasonable, will not be able to make suitable for plastic parts. If the design of the structure and shape dimension is too trival, it will be a greatly waste in materials, and increase the cost of the mould, so it is not economic. Of course, a real and practical production of plastic parts, other factors also is indispensable, for example: plastic product itself material choice, the choice of molding equipment, selection of die material and so on.

This design mainly introduced the basic factors of a complete set of plastic mold, analyse the characteristics of the molding equipment, and make a calculation and analysis about basic structure of the mould, ranging all required processes from plastic melting until become plastic parts. Then draw 2d assembly drawing of the mould by the AutoCAD, using Pro/E to draw the three-dimensional physical figure of mould, on the basis of the present show the mould structure and cooperation between different structure.

Keywords: Plastic; mould design; injection molding machine; mould structure; AutoCAD; Pro/E

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目 次

摘 要 ................................................................ Ⅰ Abstract .............................................................. Ⅱ

1 绪论 ................................................................ 1

1.1 本课题研究背景和意义 ............................................. 1 1.2 国内外研究现状 ................................................... 1

1.2.1 国内研究现状 ............................................... 1 1.2.2 国外研究现状 ............................................... 2 1.3 本文的主要工作 ................................................... 2 2 塑件成型工艺 ........................................................ 3

2.1 塑件成型特性 ..................................................... 3 2.2 塑件的结构工艺性 ................................................. 3

2.2.1 塑件的尺寸精度分析 ......................................... 3 2.2.2 塑件的表面质量 ............................................. 5 2.2.3 塑件的结构工艺性分析 ....................................... 5 2.2.4 塑件的生产批量 ............................................. 6 2.2.5 初选注射机 ................................................. 6 2.3 本章小结 ......................................................... 8 3 模具结构分析 ........................................................ 9

3.1 分型面的选择 ..................................................... 9 3.2 浇注系统的设计 ................................................... 9

3.2.1 主流道设计 ................................................ 10 3.2.2 分流道设计 ................................................ 11 3.2.3 浇口设计 .................................................. 11 3.3 成型零部件的设计 ................................................ 12

3.3.1 凹模（型腔）结构设计 ...................................... 12 3.3.2 凸模（型芯）结构设计 ...................................... 12 3.3.3 嵌件结构设计 .............................................. 12 3.4 支撑零部件的设计 ................................................ 13 3.5 导向机构的设计 .................................................. 13

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3.6 脱模机构的设计 .................................................. 13 3.7 排气系统的设计 .................................................. 13 3.8 加热系统的设计 .................................................. 14 3.9 本章小结 ........................................................ 14 4 模具结构的尺寸计算 ................................................. 15

4.1 成型零部件的尺寸计算 ............................................ 15 4.2 模具型腔壁厚的确定 .............................................. 16

4.2.1 型腔侧壁厚度S ............................................. 16 4.2.2 型腔底板厚度T ............................................. 17 4.2.3 型腔零件图 ................................................ 18 4.3 型芯零件图 ...................................................... 19 4.4 定模、动模板零件图 .............................................. 20 4.5 推出机构的设计 .................................................. 21 4.6 标准模架的确定 .................................................. 22 4.7 成型设备的校核计算 .............................................. 22

4.7.1 注射机注射压力的校核 ...................................... 22 4.7.2 注射机注射量的校核 ........................................ 22 4.7.3 注射机锁模力的校核 ........................................ 23 4.7.4 注射机安装尺寸的校核 ...................................... 23 4.7.5 注射机推出机构的校核 ...................................... 23 4.7.6 注射机开模行程的校核 ...................................... 23 4.8 本章小结 ........................................................ 24 5 模具价格估算 ....................................................... 25

5.1 模具型芯、型腔和嵌件的材料及价格估算 ............................ 25 5.2 模具其他零件的材料及价格估算 .................................... 25 5.3 模具总价格的估算 ................................................ 26 5.4 本章小结 ........................................................ 26 6 模具的零件图和装配图绘制 ........................................... 27

6.1 模具装配图 ...................................................... 27 6.2 本章小结 ........................................................ 27 7 总结 ............................................................... 28

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致谢 .................................................................. 29 参考文献 .............................................................. 30

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1 绪论

随着工业的快速发展，模具也越来越成为工业之中的重中之重。模具因为其优质、节省、高效和良好的互换性等特点，在国民经济各个部门得到了越来越广泛的应用，上至航空行业，再到代步工具汽车和其他交通工具，下至人类的生活用品，无一不和模具有着生生相息的关系。现如今由于塑料具有质轻、绝缘性能良好、机械强度高、化学稳定性好等优点，并且其来源丰富、成型加工容易等特点，塑料工业进入了一个飞速发展的阶段。现在塑料产品并不仅仅只是家庭日常生活用品，很多已经用到齿轮、蜗轮、轴承等工业零件上面。模具技术，特别是对于精密复杂模具、使用寿命长的模具技术，已经成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。

1.1 本课题研究背景和意义

模具是现代工业生产中的基础工艺装备，它以其自身的特殊形状通过一定的方式使原材料成型。成型过程中，它可以完全复制模具的形状，得到的产品即是我们所需要的，充分展示了其高效性和实用性。在使用模具之前，很多产品都是采用传统的机械加工，不但无法提高其生产效率，而且因为是人工控制，很多时候做出的产品都会有必不可少的误差存在，既不能提高生产效率，又需要大量的人工工作，需要支付更大的生产成本。但是使用模具后，大大减少了工人的工作量，产品的生产也变得越来越容易。所以，利用模具进行工业生产已成为工业中无法缺少的部分。

模具的加工是让模具进行工业生产的一个重大前提。在之前，我国的模具加工基本上都是靠钳工进行打磨所得，效率非常的低，并且精度也不是那么高。现在，随着数控机床越来越广泛的使用和数控机床越来越高级的设备，在模具加工方面也变得越来越方便，我们可以选择不同的机床进行面、孔和复杂结构的加工，并且在生产模具过程中，模具中的结构的互换性和标准化也越来越普遍。但是由于我国的模具发展时间较短，很多技术我们都还在慢慢摸索中，所以我们的模具加工技术也比发达国家低了很多，主要表现在专业化和标准化程度低、模具品种少、制造周期长、精度差、寿命短。所以，现在模具的设计和加工都对模具的生产有着重大的意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

我国十分重视模具工业的发展，把发展模具技术作为机械行业的首要任务。如今，我国的模具行业已经有了一定的规模，不但研究开发了模具新钢种及硬质合金等新材料，还开发了一些多工位级进模和复合模，还研发了一些模具加工新技术和新工艺，模具的加工设备也已经得到了较大发展，CAD/CAM也已经得到了广泛的应用。但是还存在一些问题，比如专业化生产和标准化程度低，大多数模具工厂规模较小，先进设

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备不多，能外购的标准件很少，基本上都是靠自己加工，导致模具的加工精度不高，生产周期长，成本较高。与进口的模具相比，国产的模具价格低，但是材料较差，新材料使用的较少，所以寿命也较低。许多模具都不得不从国外高价购进，非常不利于我国的模具市场的发展。由此看出，我国的模具工业的总体水平依然远落后于国际先进水平，模具的产出量依然满足不了广大的模具市场的需求。我们要不断克服这些缺点，让我们国家的工业发展更加迅速稳定。

1.2.2 国外研究现状

在模具企业中广泛应用高新技术，首先是广泛应用CAD/CAE/CAM技术，充分利用AutoCAD、Pro/E、UG等设计软件和MastercamX3、moldflow等分析软件，彻底超越了手工二维绘图的局面，并且数控机床的应用，保证了模具零件的加工质量和精度。接着是普遍采用高速切削加工技术，不但在加工效率上比传统的切削工艺快几倍，并且得到高的加工质量，大大缩短了制造的时间。最后是普遍应用快速成型技术和快速制模技术。在此基础上，国外的模具发展越来越迅速，在制造技术和运用上的效率都更高，为他们的工业生产提供了保障。

1.3 本文的主要工作

本文对家用五孔插座下壳盖的注塑模具设计进行了简单的介绍，通过对塑件的结构工艺分析，选择其注射方法，然后选择其模具结构和进行尺寸计算，然后通过AutoCAD对其进行二维装配图和零件图的设计，再运用Pro/E对其进行三维设计，主要内容如下：

第二章节对塑件进行成型工艺分析，了解其结构对注射的影响，是否符合成型条件，注射成型时所需要的注射工艺参数。

第三章节对模具结构进行分析，选择其分型面，然后进行型腔的布局和各种结构的设计，包括成型部件、浇注系统、导向机构、脱模机构、加热系统、排气系统等的设计。

第四章节是对模具主要成型部件的尺寸计算，在这里我们要对型芯和型腔进行尺寸计算，模具模板的确定，模架的确定，还有其运动过程的计算校核。

第五章节是对模具进行估价计算，确定模板的材料及其成本，保证模具的经济性条件。

第六章节是对模具进行装配图的绘制，根据设计计算结果绘制装配图，并进行主要的尺寸标注，以便于更好地理解模具结构的原理。

第七章节是总结全文工作，回忆自己所做过的所有工作，是否有遗漏，并作出改进。

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2 塑件成型工艺分析

本章介绍了塑件的材料成型特性和结构的工艺性分析，分析了塑件的尺寸精度、表面质量、结构工艺和生产批量等，还对注射机的成型工艺参数进行选择分析。

2.1 塑件成型特性

聚碳酸酯是一种非结晶型聚合物，密度为1.02～1.05g/cm3，比重为1.14 g/cm3。

聚碳酸酯熔体粘度相对较高，对于形状复杂的产品和薄壁长流程制品，不适于用PC成型。聚碳酸酯熔体具有不明显的非牛顿性，当剪切速率增大时，粘度下降不大，但是粘度随着温度的升高而明显下降。PC拥有较大的分子链刚性和较高的玻璃化温度，成型过程中，当熔体进入模腔后，熔体的分子链即被剪切取向，导致松弛速度变慢，然后熔体迅速冷却到玻璃化温度以下，此时分子链还未松弛就已经被冷却凝固，在塑件内部残留有很大的内应力。一般通过提高熔体和模具的温度、注射速度，对嵌件预热，并且在取出塑件后，让其在125℃的温度下进行热处理，时间持续24h等方法来减小内应力。

聚碳酸酯吸水性小，但在成型温度下，些许水分也会造成酯基水解和断裂，使塑件的力学性能明显下降，并严重影响塑件表面质量。因此，在成型前，必须对原料进行干燥。一般是在120℃温度下进行烘干约4～6h。

聚碳酸酯收缩率不是很大，大概在0.5%～0.7%之间，并且与塑料成型的工艺条件及塑件的厚度有着密切的关系。聚碳酸酯对金属有很强的粘附性，所以需要在生产结束的时候对料筒进行彻底的清洗，保持料筒的干净清洁。

聚碳酸酯的成型特点：

① 可采用注射、挤出、吹塑和真空等多种成型方法加工。

② 虽然吸水性小，但高温状态下，聚碳酸酯对水分比较敏感，会出现像银丝、气泡

等影响表面质量的瑕疵，并且还会伴随着强度下降，所以在成型加工前，必须对原料进行干燥处理，一般采用真空干燥法。

③ 收缩率小，具有良好的热稳定性，可在较宽的温度范围进行成型加工。 ④ 流动性差，溢边值为0.06mm左右，流动性对温度变化的敏感性要远远大于对压力

变化的敏感性，所以在生产中，为了保证熔体的流动性，一般都是尽可能的提高温度。

⑤ 宜在高的熔融塑料温度、模具温度和高压力、慢速的条件下进行成型。模温一般

控制在80～110℃，成型温度保持在280～320℃。

⑥ 成型过程会留下较大的内应力，导致塑件易开裂，因此在成型加工条件上一定要

严格控制。

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⑦ 塑件壁厚要均匀，不宜过厚，避免尖角、缺口等结构，有金属嵌件时应对其进行

预热，脱模斜度取2°以上。

2.2 塑件的结构工艺性

2.2.1 塑件的尺寸精度分析

塑件的二维图和尺寸标注如图2-1所示。通过图形，更直观的表达塑件的形状和尺寸。

图2-1 家用五孔插座下壳盖的二维图

从图2-1中可以看出，该塑件的尺寸精度无特殊要求，并且与上盖也没有尺寸配合，所有尺寸为自由尺寸，可按《塑料成型模具》中的表2-1-2《常用材料模塑件公差等级的选用（GB/T 14486）》进行选择，无要求的尺寸均按未注公差尺寸精度MT5

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查取公差。塑件主要尺寸公差如表2-1所示。

表2-1 塑件主要尺寸的公差要求(按MT5级精度查取) mm 部位 标注尺寸 82 10 外 形 尺 寸 17 5 3 6 2 8 4 78 8 内 形 尺 寸 27 10 3 4 2 6 5 尺寸公差 820?1.0 100?0.28 170?0.38 50?0.24 30?0.2 60?0.24 20?0.2 80?0.28 40?0.24 +0.86780 部位 标注尺寸 φ6 尺寸公差 φ60?0.24 +0.2φ20 +0.2R20 孔 尺 寸 φ2 R2 R3.5 R5 63 67 3 34 R3.5+0.24 0R50?0.24 63±0.37 67±0.43 3±0.1 34±0.28 26±0.25 5±0.12 19±0.22 24±0.22 43±0.32 — — — — 孔 边 距 尺 寸 26 5 19 24 43 — — — — 8+0.28 0+0.5270 +0.28100 3+0.2 04+0.24 02+0.2 06+0.24 05+0.24 02.2.2 塑件的表面质量分析

该塑件加工表面为开关壳的内部表面，对此表面无特殊要求，所以此塑件的表面粗糙度Ra可选择1.6μm。

2.2.3 塑件的结构工艺性分析

1）从图2-1中可以看出，该塑件外形为方形壳，四周均为圆角过渡且无尖角，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。

2）塑件型腔较大，且内部有孔，图中R2的孔边距为9.5mm，查《塑料成型工艺与模具设计》中的表3-8《不同孔径所对应的孔边距》得到R2的孔边距为2～3mm，所以满足其孔边距条件。当孔为通孔时，深度一般不应超过孔径的3.75倍，此孔孔径为4mm，深度不应超过15mm，图中此孔的深度为3mm，所以满足深度要求。图中Φ2

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的盲孔，采用注射成型时，其深度应小于4d（即是8mm），此孔的深度为5mm，并且此孔为固定孔，增加了一个凸台来加强，所以满足要求。图中方孔的盲孔，其深度也满足成型要求。

3）由于塑料冷却后产生收缩，塑件会紧紧包裹在型芯上面，所以需要设计脱模斜度利于脱模。一般情况下脱模斜度取1°～3°，根据实际要求，此塑件的脱模斜度选择2°。图中的挂台也有一定的斜度进行脱模，所以满足成型要求。

4）塑件的侧面有一个凹陷，需要用嵌件进行成型，嵌件可直接固定在型腔内部。 综上所述，该塑件选择注射成型加工。

2.2.4 塑件的生产批量

该塑件的生产类型为大批量生产，因此在生产中需要提高模具的生产效率，所以对模具的材料、结构和成型周期都要有很高的要求，所以可以采用自动化程度高、精度寿命高、一模多腔、结构复杂的模具，以此来满足塑件的生产要求。当然在考虑生产效率的同时，也要考虑模具的价格成本，在尽量满足生产需要的同时控制模具造价。

2.2.5 初选注射机

本节中主要是通过塑件的质量体积来初步确定注射机的类型和规格，然后再确定成型该塑件的PC塑料的工艺参数。

1）塑件体积和重量的计算

通过在Pro/E里面对该塑件进行三维造型，然后可获得该塑件的体积V=18.5㎝。PC塑料的密度为ρ=1.04g/㎝,所以塑件的质量为：

m=ρV=1.04×18.5=19.2g 式(2-1) 式中：m为塑件质量；ρ为塑件密度；V为塑件体积。 塑件的三维图如图2-2所示。

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图2-2 塑件三维图

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2）根据塑件的几何形状和生产批量确定型腔数量

该塑件侧面有挂台，需要用嵌件进行成型，再加上塑件尺寸为一般精度，故不易采用太多型腔数目，所以考虑用一模两腔的模具结构，型腔平衡布置在型腔板的两侧，既能保证模具的平衡，又能方便浇口和流道的分布。

3）确定注射工艺参数

根据PC塑料的成型性能和塑件的结构特点，查《塑料模具设计指导与资料汇编》中表7-28《常用热塑性塑料的模塑成型工艺参数》可得该塑料的注射工艺参数。如表2-2所示。

表2-2 塑件的注射工艺参数

工艺参数 预热和干燥 内容 温度/℃ 时间/h 后段 料筒温度/℃ 中段 前段 喷嘴温度/℃ 模具温度/℃ 注射压力/MPa 110～120 8～12 210～240 230～280 240～285 螺杆转速 成型时间/s 工艺参数 内容 注射时间 保压时间 冷却时间 总周期 20～90 0～5 20～90 40～190 28r/min 方法 红外线灯 鼓风烘箱 100～110 8～12 240～250 90～110 80～130 后处理 温度/℃ 时间/h 4）确定模具温度及冷却方式

PC塑料为非结晶性塑料，流动性不好，对温度变化敏感，冷却速度快。为了能更好的让熔体充满整个型腔，所以需要对模具加热。模具成型温度控制在90℃～110℃。由于PC流动性差，冷却速度快，故模具不需要冷却系统，以免更加降低塑料的流动性，无法充满型腔。

5）选择注塑机

该塑件采用注射成型，使用一模两腔结构，故可计算出一次注射成型需要的塑料量为：

W=2m+m废料=2×19.2+19.2×20%=42.24g 式(2-2) 式中：W为一次注射成型需要的塑料量；m为塑件质量；m废料为废料质量。 根据以上一次注射量的分析和注射机的实际注塑量以及塑料品种、塑件结构、注射工艺参数与生产批量、模具尺寸大小等因素，参考《塑料模具设计指导与资料汇编》

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中表7-31《SZ系列注塑机主要技术参数》，初步选择SZ-100/60型螺杆式注射机（后续4.4中对该注射机进行校核，确定其锁模力、安装尺寸与开模行程等其他各项要求满足注射条件，最终确定SZ-100/60型螺杆式注射机）。SZ-100/60型螺杆式注射机的技术参数如表2-3所示。

表2-3 SZ-100/60型螺杆式注射机的技术参数

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 主要技术参数项目 螺杆直径/mm 最大注射量/cm 注射压力/MPa 锁模力/kN 拉杆间距/（mm×mm） 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 最大开模行程/mm 喷嘴前端球面半径/mm 喷嘴孔直径/mm 定位圈直径/mm 3参数数值 35 100 150 600 320×320 300 170 300 10 4 125 2.3 本章小结

本章节主要对塑件的材料特性和结构工艺性进行分析，明确了结构的可行性，然后根据结构和材料选择注塑机类型和型号。

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3 模具结构分析

塑件的生产不仅仅和注射机有关系，模具的结构对其有着更重大的意义。模具结构一般包括成型部件、浇注系统、导向机构、脱模机构、侧向分型抽芯机构、温度调节系统、排气系统和标准模架。模具结构是否合理决定着塑件的质量和生产效率。

3.1 分型面的选择

模具开模时，动、定模板打开，取出塑件，此时打开的面叫做分型面。注塑模具中，有的是一个分型面，有的是多个分型面。分型面的位置一般是垂直于开模方向，有时也可以是平行或倾斜于开模方向。分型面的形状包括平面和曲面等。一般分型面选择与开模方向垂直的平面。通常情况下，分型面应该是塑件的最大轮廓截面，以便从型腔中取出塑件，并且要遵守以下几个原则。

1）塑件光滑的外表面、带圆角的过渡处一般不能作为分型面。 2）分型时，塑件最好留在动模一侧，方便塑件的脱模。

3）有同心度要求的塑件，最好把有同心的部分留在模具分型面的同一侧，保证同心度要求。

4）模具需要有侧向抽芯，选择分型面时，应将抽芯或分型距离长的一边放在动、定模的开模方向上，侧抽芯或分型放在短的一边上。

5）分型面作为主要排气面时，料流的末端应在分型面上以利于排气。 根据以上选择原则，该塑件的分型面选择如图3-1所示。

图3-1 塑件的分型面选择

3.2 浇注系统的设计

浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴到模具型腔所流过的通道。一般包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。浇注系统的作用主要是为了让熔融塑料平稳且有序的填充到型腔中，在填充和冷却的过程中，将注射压力均匀充分传递到型腔的各个部位，以此获得组织均匀、外观清晰的塑件。因为该塑件为PC塑料，对剪切速率比较敏感，模具采用一模两腔的布置，浇口采用残留痕迹小，采用开模时能自动拉断的点浇口。模

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具需采用双分型面三板模。下图3-2为模具的浇注系统设计。

图3-2 浇注系统设计

3.2.1 主流道设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与浇口套接触时开始，到分流道为止的一段塑料熔体的流动通道。由于主流道长时间和注射机热喷嘴接合，并且塑料熔体也一直在冷热交替，对浇口套要求比较高，所以一般设计为可更换的浇口套。

为了顺利拔出主流道内的凝料和顺利流入熔融塑料，主流道采用圆锥形设计，一般锥角为2°～6°，表面粗糙度Ra≦0.8μm。

主流道的尺寸的合理与否会对塑料熔体的充模时间、流动速度有直接影响，甚至影响塑件质量。主流道与喷嘴接触的地方设计成凹球形，这就要求两者接触面必须贴合严密。计算主流道凹球面的半径：

r1=r+ 1~2 mm=10+ 1~2 =11~12mm 式(3-1) 式中： r1为主流道凹球半径；r为喷嘴前端球面半径。 主流道小端直径为：

d1=d+ 0.5~1 mm=4+ 0.5~1 =4.5~5mm 式(3-2)

式中： d1为流道小端半径；d为喷嘴孔直径。 主流道大端直径为：

d2= d1+2tan2 式(3-3)

式中： d2为流道大端半径； d1为流道小端直径；α为锥角。

主流道凹球深度为3～5mm，流道长度L由定模板和支撑板厚度决定，为了保证塑料熔体从主流道顺利流道分流道，在主流道出料端以圆弧R2过渡；为了防止浇口套因喷嘴冲击力变形，可将浇口套的长度比模板厚度稍低0.02mm；浇口套的轴肩转角半径R取3mm，避免出现应力集中现象。

定位圈是定位模具和注射机之间的定位零件，查本设计中的表2-3得定位圈直径为Φ125mm,一般定位圈要高出定模座板上表面5～10mm。本模具结构中采用浇口套以

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台阶的形式与定位圈进行配合，然后通过定位圈用螺钉固定在定模座板上。浇口套和定位圈的设计如图3-3所示。

图3-3 浇口套和定位圈的设计

3.2.2 分流道设计

分流道是为了改变塑料的流动取向和截面积，使其从主流道均匀平稳的流入型腔中。分流道一般设置在分型面上。根据该塑件的体积和成型特性，选择截面形状为U形的分流道。查常用塑料的分流道直径知PC塑料的常用分流道直径为4.8～9.5mm，取6mm，据不同截面形状分流道性能及其等效尺寸可得，分流道深度t为6mm，因t/b=0.84～0.92，可知分流道宽度为6.6mm。

为了使分流道外层塑料获得更好的绝热层，所以其表面粗糙度不用太低，一般取1.25～2.5μm。分流道与浇口的连接处应以圆弧过渡，方便熔体的流动和填充。 分流道的布置要保证各型腔的压力均等，且能同时充满型腔，流程要短，减少废料。根据塑件形状，该塑件选择平衡式布置。

分流道设计如图3-4所示。

图3-4 分流道设计

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3.2.3 浇口设计

根据塑件的结构成型要求，选用如图3-5所示的点浇口。点浇口开设在塑件的中间靠右的位置，根据塑件的实体，可知下图的右半边塑料熔体多于左半边塑料熔体，且PC塑料的流动性差，故将浇口放置在靠近右半边的位置，保证熔体能同时充满型腔，避免出现冷却不均的现象，且点浇口开模时可自动拉断，并且浇口残留痕迹小，不影响塑件的外观。

图3-5 浇口的设计

3.3 成型零部件的设计

成型零部件是整个模具结构中最重要的部分,它的设计关乎着塑件的形状和精度。通常包括凹模（型腔）、凸模（型芯）、嵌件、成型杆（小型芯）等。成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，所以需要有合理的结构、较高的强度和刚度以及足够的耐磨性。所以该模具的成型部分的材料需要用优质模具钢，并且应进行热处理，使其硬度达到40HRC以上。

3.3.1 凹模（型腔）结构设计

凹模又称之为型腔，是用来成型塑件外表面的。一般有整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、组合式等。该塑件为大批量生产，为了拆装更换方便，采用整体嵌入式结构。尺寸大小设计包括型腔壁厚、底厚等，要保证凹模的强度和刚度。

3.3.2 凸模（型芯）结构设计

凸模是用于成型塑件的内表面，又称之为型芯。它和成型杆并无严格的界限，成型杆是用来成型塑件上的小孔。一般也是有整体式和组合式两类。该塑件采用组合式凸模和组合式成型杆，成型杆单独加工，安装时嵌入模板中。

3.3.3嵌件结构设计

该塑件内部有一个挂台，挂台上的凹痕需用嵌件成型，嵌件固定在型腔内部，与

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型腔过渡配合，通过采用优质钢，既能保证嵌件的强度、刚度，又方便更换。

3.4 支撑零部件的设计

支撑零部件主要是用来固定模具或者是支撑成型零件和其他结构的零部件，主要包括定模座板、动模座板、支撑板、固定板、垫板等。

定模座板和动模座板是为了将模具固定在注射机上，可根据定模板和动模板的大小和标准进行选取。动、定模板还要传递合模力和承受成型力，要保证其有足够的强度和刚度，对于小型模具，其厚度一般不小于13mm，对于大型模具，其厚度可大于75mm。材料多采用45钢，经调质处理硬度可达28～32HRC。

支撑板是垫在固定板下面的板，作用是为了防止固定板上的零件移动或脱落，同时还要承受一定的成型压力，所以需要较高的平行度、刚度和强度。支撑板一般用螺钉将固定板和座板连接在一起，定位要求较高时，可用销钉进行定位。材料多采用中碳结构钢或合金钢制成，经调质处理硬度可达28～32HRC。

固定板是为了固定成型零部件、合模导向机构和推出机构的。为了保证所固定零件的稳定性，固定板需要有足够的厚度，以此来保证其强度和刚度。材料一般采用碳素工具钢，对于一些较高要求的模具，也可采用合金结构钢。

垫块是为了给脱模机构提供足够的推出空间，也可以通过垫块的高度来调节模具的闭合高度，以此适应注射机的模具安装厚度要求。材料一般用中碳钢，如45钢。

3.5 导向机构的设计

导向机构是为了导向、定位和承受成型时的侧压力。一般选择导柱导向。合模时，导柱和导套先进行配合，防止成型部件被破坏。该模具结构中，导柱选择直导柱，导套选择带头导套。导柱与导套的导向段采用H7/f6的间隙配合，其固定段采用H7/k6或H7/m6的过渡配合。

3.6 脱模机构的设计

根据该塑件的外形特点，可以选用推件板或推杆推出。推杆推出结构简单，平稳可靠，但是会在内表面留下推杆痕迹，该塑件对外观没要求，所以可以选择推杆推出机构。

3.7 排气系统的设计

塑料熔体在进入型腔前，型腔内部有大量的空气，如果不能及时将气体排出，很可能会影响塑料的充填和塑件的外观，使塑件产生气泡、凹陷等缺陷。该塑件为中型塑件，所以不但要通过分型面和模具间隙进行排气，还需要开设排气槽进行排气。模具间隙通常在0.02～0.05mm内选择，排气槽的深度一般为0.01～0.03mm，宽度一般为1.5～6mm，形状一般加工为弯曲状，截面从细到粗逐渐增大。

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3.8 加热系统的设计

该塑件的塑料成型温度在70～120℃，所以需要加热。本模具结构中采用电热棒加热。在适当的位置钻孔，插入电热棒，对模具进行加热。

3.9 本章小结

本章节根据塑件的结构形状确定了其模具结构，对结构进行了设计验证，确定了其方案的可行性。在方案的设计过程中，在脑海中确定模具装配图的情况，方便后续装配图的绘制。

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4 模具结构的尺寸计算

模具的结构决定了塑件的形状，模具的尺寸计算决定了塑件的尺寸和精度。尺寸计算主要包括了型腔、型芯、模板及运动过程的计算。

4.1 成型零部件的尺寸计算

该塑件材料为PC塑料，根据成型特性可知收缩率为0.5%～0.7%，因为计算收缩率和实际收缩率有一定的差异，所以一般按平均收缩率计算，即： Scp=

Smax+Smin

2

=

0.5%+0.7%

2

=0.6% 式(4-1)

式中：Scp为平均收缩率；Smax为最大收缩率；Smin为最小收缩率。

该塑件尺寸为中小型尺寸，所以δz可取Δ/3，χ＝0.75，成型零件尺寸计算如表4-2所示。

表4-2 成型零件的尺寸计算 mm 类别 模具零件名称 塑件尺寸 820?1.0 80?0.28 40?0.24 定模镶件 型 腔 计 算 20?0.2 100?0.28 60?0.24 0.50?0.2 100?0.28 50?0.24 嵌件 30?0.2 60?0.24 170?0.38 80?0.28 78+0.86 0型 芯 计 算

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+0.5270 计算公式 工作尺寸 81.74+0.33 07.84+0.09 03.84+0.08 01.86+0.07 09.87+0.09 0Lm= 1+Scp Ls?0.75Δ 0+δz Hm= 1+Scp Hs?2/3Δ 0+δz 5.88+0.08 00.37+0.07 09.85+0.09 04.85+0.08 02.87+0.07 05.86+0.08 016.85+0.13 07.86+0.09 079.110?0.28 27.540?0.17 10.270?0.09 8.240?0.09 10.250?0.09 Lm= 1+Scp Ls?0.75Δ 0+δz Hm= 1+Scp Hs?2/3Δ 00+δz Lm= 1+Scp Ls+0.75Δ ?δz 主型芯 10+0.28 0+0.2880 10+0.28 0Hm= 1+Scp Hs+2/3Δ ?δz 0

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类别 模具零件名称 塑件尺寸 8+0.28 02+0.2 01+0.2 06+0.24 0型 芯 计 算 嵌件型芯 4+0.24 03+0.2 04+0.24 0+0.32130 计算公式 工作尺寸 8.260?0.09 2.160?0.07 1.160?0.07 6.220?0.08 4.20?0.08 3.160?0.07 4.180?0.08 13.290?0.11 5.190?0.08 2.150?0.07 φ2.160?0.07 R3.70?0.08 5.190?0.08 2.150?0.07 67.4±0.14 15.09±0.06 34.2±0.09 3.02±0.03 18.11±0.06 11.07±0.05 43.26±0.11 Lm= 1+Scp Ls+0.75Δ ?δz 0Hm= 1+Scp Hs+2/3Δ ?δz 05+0.24 02+0.2 0+0.2φ20 小孔型芯 R3.5+0.24 05+0.24 020?0.2 63±0.37 67±0.43 Lm= 1+Scp Ls+0.75Δ ?δz Hm= 1+Scp Hs+2/3Δ ?δz 0063.38±0.12 中 心 距 计 算 孔 15±0.19 34±0.28 3±0.1 18±0.19 11±0.16 43±0.32 Cm= 1+Scp Cs±δz/2 定模镶件 4.2 模具型腔壁厚的确定

在成型过程中模具型腔一直承受熔体的高温高压作用，所以需要有一定的厚度，保证其有足够的强度和刚度。本模具采用整体嵌入式型腔，可用整体式矩形型腔尺寸计算型腔壁厚和底板厚度。

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4.2.1 型腔侧壁厚度S

1）按照刚度条件公式计算

S≥ E[δ] 式(4－2) 式中c=h/l=0.12＜0.3（与矩形型腔侧壁厚度计算有关的系数C、ω的值），且该塑件厚度为2mm，所以无需计算刚度条件。

2）按照强度条件公式计算

S≥

3ph2(1+Wα）

[σ]

3

cph4

式(4－3)

式中ω=h/l=0.12＜0.3（与矩形型腔侧壁厚度计算有关的系数C、ω的值），且该塑件厚度为2mm，所以无需计算强度条件。

4.2.2 型腔底板厚度T

1）按刚度条件计算

T≥

c′pb4E[δ]

=

0.0138×35×8242.2×105×29.2

=1.84mm 式(4-4)

式中：c′由型腔边长比l/b决定的系数，查《塑料模具设计指导与资料汇编》表9-23

得c′=0.0138；

p为型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取35MPa; b为型腔宽度，b=82mm;

E为模具钢的弹性模量，预硬化塑料模具钢E=2.2×105MPa；

[δ]为模具刚度许用变形量，查《机械零件设计手册》得[δ]=25i2=25×（0.45×821/5+0.001×82)=29.2mm。 2）按照强度条件计算 T≥

α

′

pb4

σ

=

0.3078×35×822

300

=15.53mm 式(4-5)

式中：α′由型腔长度与型腔宽度之比l/b决定，查《塑料成型工艺与模具设计》表

4-7得α′=0.3078；

p为型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取35MPa; b为型腔宽度，b=82mm;

E为模具钢的弹性模量，预硬化塑料模具钢E=2.2×105MPa； [σ]为模具强度计算许用应力，预硬化塑料模具钢[σ]=300MPa。

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根据以上强度、刚度的计算，可选择型腔侧壁厚度S=15mm，底板厚度T≥15.53mm。

4.2.3 型腔零件图

根据上述计算，可绘制出型腔零件图，以此来表达型腔的形状和位置关系。零件图如图4-1所示。

图4-1 型腔零件图

型腔是用来成型塑件外表面的，所以其表面粗糙度可取Ra0.8μm，并且要保证型腔的各个部分的形状尺寸和位置关系，尺寸不但包括上述计算的成型尺寸，还要包括其与定模板的固定配合尺寸。但是上图只表达了一部分外形尺寸，详细尺寸请型腔查看二维零件图。

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4.3 型芯零件图

型芯不但只成型内表面，还要开设型腔孔进行塑件内部凸台和定位凸台的成型。为了方便推出塑件，内部开设16个推杆孔。塑件的大型芯外形尺寸为78mm×78mm，厚度为38mm，内部的嵌件也非细小结构，所以都有足够的强度和刚度。型芯、嵌件的零件图如图4-2、图4-3、图4-4所示。

图4-2 大型芯零件图

图4-3 挂台型芯零件图

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图4-4 小型芯零件图

型芯成型塑件内表面，所以对于表面质量没有太高要求，其粗糙度可取Ra1.6μm，并且为了保证其足够的强度、刚度及良好的脱模性，所以对型芯原材料进行氮化处理，在提高硬度的条件下，增加其润滑性，利于塑件的脱模。

4.4 定模、动模板的零件图

定模、动模板的作用是为了固定型芯和型腔的，保证其位置的准确性，以免塑件无法成型。并且它们上面有进行合模导向的导柱、导套，所以其位置和粗糙度一定要选择合理。定模、动模板的零件图如图4-5和图4-6所示。详细尺寸见二维零件图。

图4-5 定模板零件图

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图4-6 动模板零件图

4.5 推出机构设计

1）计算脱模力

注塑成型时，当塑料保压冷却之后，由于塑料本身的收缩率，塑件会包裹在型芯上面，把塑件从型芯上面推出去所克服的阻力就是脱模力。 因此脱模力Ft为

Ft=Ap（μcosα?sinα）=7943×10?6×1×107×0.14=11kN 式(4-6)

式中：A为塑件包络型芯的面积；

p为塑件对型芯单位面积上的包紧力。一般情况下，模外冷却的塑件，p取

（2.4×107~3.9×107）MPa；模内冷却的塑件，p取（0.8×107~1.2×107）MPa； μ为塑件对钢的摩擦系数，为0.1～0.3； α为脱模斜度。 2）推出机构的选择

根据该塑件的特性，选择推杆推出，又因为脱模力比较小，且内部空间很大，所以不用刻意去计算推杆的尺寸，故可选择直径为φ6mm（GB/T4169.1—2006）的推杆，要保证推杆推出的距离高于型芯2～3mm，即推出距离要大于8mm。

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3）推杆零件图

推杆的外形尺寸和配合尺寸如图4-7所示。

图4-7 推杆零件图

4.6 标准模架的确定

该塑件注射成型时采用点浇口，根据模具的结构、型腔排列、塑件大小、型腔外形等因素，查《塑料模具设计指导与资料汇编》中的表8-27《基本型模架组合尺寸》，选择标准模架的模板尺寸为250mm×300mm×30mm，模架类型为DB标准模架。标记为：DB 2530-30×30×70-225（GB/T12555—2006）。

4.7 成型设备的校核计算

4.7.1 注射机注射压力的校核

根据PC塑料的材料特性可知，塑料成型注射压力为80～130MPa，现选择的SZ-100/60的螺杆式注射机的注射压力为150MPa，所以满足该塑件的注射压力要求。

4.7.2 注射机注射量的校核

注射机注射时因为不可抗拒的因素，所以其实际注射量只有理论注射量的80%，所以注射成型时所选注射机的实际注射量必须大于成型塑件的总注射量，即： n×V1+V2=40.7≤K×V=80 式(4-7) 式中：n为型腔数目；V1为单个塑件的体积，cm； V2为浇注系统凝料体积，cm； V为注射机的最大注射量，cm；

K为注射机的最大注射量利用系数，一般取0.7～0.9。

由上式可知，注射机的注射量大于成型注射量，所以此注射机的注射量满足使用要求。

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3

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4.7.3 注射机锁模力的校核

锁模力是指模具合模时，锁模机构为保证模具受到注射压力而不打开所施加的最大压紧力。注射机锁模力的校核关系式为：

F≥kpA 式(4-8) 式中：F为注射机锁模力，由注射机的工艺参数可知该注射机的锁模力为800kN； k为压力损耗系数，一般取1.1～1.2； p为型腔内熔体的压力，该塑件p为35MPa；

A为在分型面上塑件及浇注系统的投影面积之和，本模具为1.42×10m。

计算可得

kpA=1.2×35×106×1.42×10?2×10?3=595kN

-22

4.7.4 注射机安装尺寸的校核

该模具采用DB 2530-30×30×70-215（GB/T12555—2006）的标准模架，模具的外形尺寸为250mm×300mm，拉杆间距尺寸为160mm×205mm，模具闭合高度为H=35+25+30+20+30+35+70+25=270mm，查资料可知SZ-100/60型注射机的拉杆间距尺寸为320mm×320mm，允许模具的最大厚度为300mm，最小模具厚度为170mm，所以模具外形尺寸和厚度尺寸均满足注射机要求。

4.7.5 注射机推出机构的校核

SZ-100/60型注射机的顶出距离为80mm，该模具采用推杆推出机构，通过动模座板预留一个顶出孔，通过注射机上的顶出杆推动推板，推板推动推杆推出塑件，塑件在型芯上的高度为8mm，所以满足推出条件。

4.7.6 注射机开模行程的校核

注射机的开模行程是有一定限制的，取出塑件所需的开模距离必须小于注射机的开模行程，该模具为双分型面注射模，SZ-100/60螺杆式注射机的最大开模行程和模具厚度无关，所以校核公式为

S≥H1+H2+a+（5~10） 式（4-9） 式中：S为注射机的最大开模行程，查资料得ZY-100/60型螺杆式注射机的最大开模

行程为300mm;

H1为塑件脱模所需的推出距离，该塑件的推出距离为17mm； H2为塑件的高度，该塑件的高度为10mm；

a为开模后定模板与浇口板之间的距离，以便取出系统凝料，该模具为100mm。

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计算得

H1+H2+a+ 5~10 =17+10+100+8=135mm

由以上校核分析可知，SZ-100/60型螺杆注射机满足该模具的要求，可以采用。

4.8 本章小结

本章节主要是进行模具零部件的尺寸计算，并且进行模具模架的选择，在此基础上进行对注射机的校核，保证注射机满足模具的使用要求。

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5 模具材料及价格估算

模具的结构和形状尺寸确定之后，模具的材料也是所要考虑的范围。在保证模具的使用要求下，降低模具的生产成本，保证其经济性。

5.1 模具型芯、型腔和嵌件的材料及价格估算

型芯、型腔和嵌件作为成型零件，且塑件为大批量生产，所以需要有较高的强度、硬度及足够的耐磨性。根据第四章节中计算条件，因此可以选择预硬化塑料模具钢3Cr2Mo，3Cr2Mo模具钢预硬化硬度为28～35HRC，为了达到足够的强度，可以选择氮化处理，既能得到高硬度表面，又能提高模具的脱模性和耐腐蚀性。

该模具中型芯、型腔和嵌件的体积通过Pro/E得出为1178cm，且3Cr2Mo模具钢的密度ρ为7.31g/cm,所以型芯、型腔和嵌件的质量为：

m=ρV=7.31×1178=8613g 式(5-1) 式中：m为材料质量；ρ为材料密度；V为材料体积。

现在3Cr2Mo模具钢的价格为12元/kg，所以模具型芯、型腔和嵌件的价格为104.4元。

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5.2 模具其他零件的材料及价格估算

1）采用45钢的零件

该模具结构中定模座板、定位圈、支撑板、定模固定板、定模板、动模板、动模支撑板、复位杆、推杆固定板、推板、垫块和动模座板均采用45钢。因为这些零件的强度、硬度及耐磨性都要低于成型零件，所以选择通用材料45钢即可满足使用要求。

该模具中上述零件的体积通过Pro/E得出为17103cm，且45钢的密度ρ为7.85g/cm,所以上述零件的质量为：

m=ρV=7.85×17103=134.3g 式(5-2) 式中：m为材料质量；ρ为材料密度；V为材料体积。

现在45钢的价格为4.5元/kg，所以该模具中采用45钢的结构的价格为604元。 2）采用T8A的零件

该模具结构中浇口套、推杆、导柱、导套、拉杆导柱和拉杆导套采用T8A钢。因为这些零件的强度、硬度及耐磨性低于成型零件，但是浇口套要和熔体接触，推杆、拉杆等需要有运动过程，所以要选择T8A钢。

该模具中上述零件的体积通过Pro/E得出为971.7cm，且T8A钢的密度ρ为7.85g/cm,所以上述零件的质量为：

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3

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