密封件注塑模具设计

目 录

摘 要 ....................................................................................................................................... 1 前 言 ....................................................................................................................................... 2 第一章

绪论 ........................................................................................................................ 4

课题的来源、目的、意义 ............................................................................ 4

第一节

1.课题的来源 ........................................................................................................... 4 2.设计的目的 ........................................................................................................... 4 3.设计的意义 ........................................................................................................... 5 第二节

主要内容和工作方法 .................................................................................... 5

1.主要内容 ............................................................................................................... 5 2.工作方法 ............................................................................................................... 6 第三节 第二章

设计中应注意的问题 .................................................................................... 7

模具结构形式及注射机的初步确定 .................................................................... 8

塑件成形工艺的可行性性分析 .................................................................... 8 塑件的工艺分析 ............................................................................................ 8 塑件精度等级与脱模斜度 ............................................................................ 9 热塑性塑料PE的成型过程 .......................................................................... 9 PE的注射机工艺参数 ................................................................................. 10 PE主要性能指标 ......................................................................................... 11 拟定模具结构形式 ...................................................................................... 11 分型面位置的确定 ...................................................................................... 11 型腔数目的确定及排位方式的确定 .......................................................... 12 模具结构形式初步确定 .............................................................................. 12 注射机型号确定 .......................................................................................... 13

第一节

1. 2. 3. 4. 5. 第二节

1. 2. 3. 第三节

1.注射量的计算 ..................................................................................................... 13 2.选择注射机 ......................................................................................................... 14 3.注射机主要技术参数 ......................................................................................... 14 4.注射机相关参数的校核 ...................................................................................... 15

第三章

浇注系统的设计 .................................................................................................. 16

主流道的设计 .............................................................................................. 16

第一节

1. 主流道设计要点 .............................................................................................. 16 2. 主流道的尺寸 .................................................................................................. 17 3. 主流道的凝料体积 .......................................................................................... 17 4.

主流道当量半径 .......................................................................................... 18

5. 主流道的衬套形式 .......................................................................................... 18 第二节

分流道的设计 .............................................................................................. 18

1. 分流道的形状及尺寸 ...................................................................................... 19 2.

分流道的布置形式 ...................................................................................... 20

3. 分流道剪切速率的校核 .................................................................................. 21 第三节

浇口的设计 .................................................................................................. 22

1. 浇口的选择 ...................................................................................................... 22 2. 浇口长度、宽度的确定 .................................................................................. 22 3. 浇口剪切速率的校核 ...................................................................................... 23 第四节 第五节 第四章

浇注系统的平衡 .......................................................................................... 23 冷料穴和拉料杆的设计 .............................................................................. 23

成型零部件的设计 .............................................................................................. 24

成型零部件的结构设计 .............................................................................. 24

第一节

1. 凹模 .................................................................................................................. 24 2. 凸模和型芯 ...................................................................................................... 25

3. 成型零部件钢材的选用及技术要求 .............................................................. 25 第二节

成型零部件工作尺寸的计算 ...................................................................... 25

1. 塑料成型收缩率的计算 .................................................................................. 26 2. 型腔和型芯径向尺寸的计算 .......................................................................... 26 3. 型腔深度和型芯高度的尺寸计算 .................................................................. 26 第三节

模具型腔侧壁和动模垫板厚度的计算....................................................... 27

1. 凹模侧壁厚度计算 .......................................................................................... 27 2. 动模垫板厚度计算 .......................................................................................... 27

第一节

模架设计和其它部件及标准件选用 .................................................................. 28

模架的选用 .................................................................................................. 28 标准件的选用 .............................................................................................. 30 合模导向机构的设计 .................................................................................. 30 脱模推出机构的设计 .................................................................................. 31

第一节 第二节 第三节 第四节

1. 脱模力的计算 .................................................................................................. 32 2. 脱模推出机构的选择 ...................................................................................... 33 第五节 第六节

排气系统的设计 .......................................................................................... 34 温度调节系统的设置 .................................................................................. 35

1. 冷却介质 .......................................................................................................... 35 2. 冷却系统的简略计算 ...................................................................................... 35

第六章

模具装配图的设计 .............................................................................................. 37 第一节 模具装配的技术要求： .......................................................................... 38 第二节 模具工作过程 .......................................................................................... 39

结 语 ..................................................................................................................................... 40 参考文献 ................................................................................................................................. 41

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摘 要

塑料工业是当今世界上增长最快的工业种类之一，而塑料模具是其中发展较快的种类，因此，研究注射模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。

本课题主要是针对密封件的模具设计，通过对塑件进行工艺性分析和比较，最终设计出一副一模四件注射模。该课题介绍了注射成型的基本原理，从产品的结构工艺性，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、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计说明。针对密封件的具体结构，该模具是点浇口单分型面注射模具。由于塑件无侧孔，故不需要采用滑块结构形式。其优点在于简化结构，使模具开模简单，大大降低了模具的制造成本。通过模具设计表明该模具达到密封件的质量和加工工艺要求。

通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，了解模具结构及工作原理；通过对CAD的学习，可以学会简单的零件造型，从而有效地提高工作效率。

编 者 2012年6月

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前 言

塑料是一类具有可塑性的合成高分子材料。它与合成橡胶、合成纤维形成了当今日常生活不可缺少的三大合成材料。具体地说，塑料是以天然或合成树脂为主要成分，加入各种添加剂，在一定温度和压力等条件下可以塑制成一定形状，在常温下保持形状不变的材料。随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高,塑料制品的应用范围也在不断扩大，塑料制品所占的比例正迅猛增加，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。塑料产品的用量也正在上升。

塑料模具，是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。塑料模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。

采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低等一系列优点，模具成型已成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具有潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品开发和老产品更新换代，影响着产品质

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量和经济效益的提高。我国为了优先发展模具工业，制订了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。

对塑料模具的全面要求是：能高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品。模具使用时要求效率高、自动化、操作简便，因而当塑件的批量较大时，应尽量减少合模和取制件过程中的手工操作，为此常采用自动脱模、自动侧抽芯等高效率自动化的模具，在全自动生产时还要保证制品脱出时能自动堕落或能用机械手取出。

塑料制品生产中先进合理的成型工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的重要因素。塑料模具对实现塑料成型工艺要求和塑料使用要求起着十分重要的作用。任何塑件的生产和更新换代都是以模具的制造和更新为前提的，由于目前工业和民用塑件的产量猛增，质量要求越来越高，因而导致了塑料模具研究、设计和制造技术的迅猛发展。

本说明书详细介绍了密封件塑料制品的模具设计，并将塑料模具设计的标准与塑料模具的设计知识进行连接，同时结合所学的理论知识，详细说明了密封件塑料制品的模具设计过程。全书包括前言、模具结构形式及注射机的初步确定、浇注系统的设计、成型零件的设计、脱模推出机构的设计、模架的确定和标准件的选用、合模导向机构的设计、排气系统的设计、温度调节系统设计等，全书文字简明，内容简捷全面。

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第一章 绪论

第一节 课题的来源、目的、意义

1.课题的来源

塑料制品是采用塑料为主要原料加工而成的生活用品、工业用品的统称。塑料的发展方向可概括为两方面。一是提高性能，即以各种方法对现有品种进行改性，使其综合性能得到提高；二是发展功能，即发展具有光、电、磁等物理功能的高分子材料，使塑料能够具有光电效应、热电效应、压电效应等。

密封件是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄露，以及防止外界杂质，如灰尘与水分等，侵入机器设备内部的材料零件。密封件适合于大批量生产，在生产中运用广泛。其材料多为塑料，PA66是一种淡黄色至琥珀色的透明固体，无毒、无味；有优良的力学性能，良好的冲击强度和抗拉强度，磨擦性能好；有较高的吸湿性；结晶性料熔点较高，熔融状态热稳定性差，滞留时间超过30分钟易分解。

2.设计的目的

课程设计是在模具设计与制造专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的综合应用能力检验：

1．培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风。

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2．培养学生综合运用大学期间所学专业课程知识、理论和毕业实习中得到的实践知识，正确的解决模具设计中的工艺分析，工艺方案论证、模具结构设计和零件设计等问题，同时提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能。

3．提高学生技术资料的收集、整理、编译和运用能力，加强技术文件的撰写能力，使其语言文字在技术文件上的运用得以提高。

4．根据设计要求选定的参数，依照机械的结构和尺寸进行计算及校核，最后完成总图及零件图的绘制及说明书的编制。

5. 提高结构设计的能力。通过所给产品进行该产品的模具设计，获得根据所生产制品来设计出经济高效、省力合理且能保证加工质量的模具的能力。

3.设计的意义

这次课程设计不仅是对专业学习的一次温习和综合应用，同时也要求我们掌握二位绘图软件在模具设计中的应用，并将所学的理论知识与实践有机结合在一起，做到科学合理的运用，在设计中融入自己的创新和思想。通过这次设计我们将更加清楚模具行业的现状、发展趋势。对以后自己从事模具行业奠定了一个好的基础。

第二节 主要内容和工作方法

1.主要内容

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1) 选定课程设计题目 2) 塑料成型工艺性分析

3) 注射机型号的确定 4) 浇注系统的设计 5) 成型零件的设计 6) 导向机构的设计 7) 脱模结构的设计 8) 浇口的设计 9) 浇注系统的平衡 10) 冷料穴的设计 11) 排气槽的设计

12) 模架的选定和模具其它零部件的设计及标准件的选用 13) 模具装配图的设计及绘制装配图

2.工作方法

充分利用图书馆资料及与同学一起努力、团结协作共同完成本次课程设计任务。

具体分以下几步实施：

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1) 充分利用课余时间到图书馆查阅相关资料

2) 设计时要充分利用自己所学的知识和手中的资料，遇到不懂的地方要积极与同学讨论以及虚心的向老师请教。 3) 列出几种方案，选取最合理的方案。 4) 确定分型面，画出模具草图

5) 根据相关资料完成相关的尺寸计算及设计说明书的制作

6) 设计好以后要及时拿给老师检查，对与错误和不足之处要及时改正和补 救。

第三节 设计中应注意的问题

1.合理的选择模具结构。根据塑料制件图纸及技术要求，研究和选择适当的成型方法及成型设备，结合工厂的机械加工实际情况，提出模具结构方案，并进行讨论，以便设计出的模具结构合理，能够成型出保证质量要求的塑件，并且模具操作方便安全，取件顺利可靠。

2.正确的确定模具成型零件尺寸。模具成型零件的尺寸对塑件的质量影响极大。计算成型零件尺寸时，采用平均收缩率。

3.设计的模具应当制造方便。设计模具时，应尽量使设计的模具制造容易，价格便宜。

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4.充分考虑制件设计特色，应使能生产出具有要求尺寸精度的部件，减少不必要的后加工。在允许范围内，尽可能地由模具成型件上的槽、孔、上凸、下凹等，避免成型后用其他加工方法加工。

5.设计的模具应效率高，使用安全可靠。设计模具应保证能在短时间内填充固化。

第二章 模具结构形式及注射机的初步确定

第一节 塑件成形工艺的可行性性分析

1. 塑件的工艺分析

该塑件为密封件，塑件壁厚较薄，生产批量为大批量生产，材料为PE（聚乙烯）。聚乙烯的特点是：吸湿小，不须充分干燥，流动性极好流动性对压力敏感，成型时宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分.不宜用直接浇口，以防收缩不均，内应力增大。注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形；收缩范围和收缩值大，方向性明显，易变形翘曲。冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并有冷却系统；加热时间不宜过长，否则会发生分解，因此不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长；可能发生融体破裂，不宜与有机溶剂接触，以防开裂。

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聚乙烯的用途十分广泛，主要用来制造薄膜、包装材料、容器、管道、单丝、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。

2. 塑件精度等级与脱模斜度

塑件厚度为3mm,并确定脱模斜度为1°。

3. 热塑性塑料PE的成型过程

（1）成型前的准备。对PE的质量和均匀度进行检验，PE的吸湿小，进行烘干以保证塑件质量。

（2）注射过程。注射过程包括加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等几个阶段。将塑料加入注射机料斗后，由螺杆带入料筒进行加热至熔融状态，再在螺杆的作用下进过浇注系统充满模具型腔，充模结束后，保压一段时间，并补充型腔内塑料收缩需要的熔料，最后经冷却系统冷却成型。

（3）塑件的后处理（调湿处理）。调湿处理是一种调整塑件含水量的后处理工序。调湿处理不仅能在加热条件下消除残余应力，还能使塑件在加热介质中达

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到吸湿平衡，以防止在使用过程中发生尺寸变化。调湿处理所用的介质为水，加热温度为110～121℃。

4. PE的注射机工艺参数

查《塑料成型工艺与模具设计》表3—1得： （1） 注射机类型：螺杆式 （2） 预热和干燥温度及时间： （3） 螺杆转速（r/min）：30～60

（4） 料筒温度：后段（140～160℃）、中段（180～220℃）、后段（180～

190℃）

（5） 喷嘴类型：直通式 （6） 喷嘴温度：150～180℃ （7） 模具温度：30～70℃ （8） 注射压力（MPa）：70～100 （9） 保压压力（MPa）：40～50 （10）成型时间（S）：注射时间：1～5 保压时间：15～60 冷却时间：15～60

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成型周期：40～140

（10） 后处理：介质为水、温度90～100℃、时间为4h

5. PE主要性能指标

查《塑料模具设计指导》表9—6得：

密度/(g/cm3) 抗伸弹性模量E/GPa 熔点/℃ 收缩率/（%） 0.94～0.96 抗拉强度/MPa 27 0.84～0.95 抗弯强度δw/MPa 140 1.5～3.6 无缺口 硬度HB 体积电阻率?v/??m 不断 65.5 15～100 >15 27～40 2.07 1013～1014 冲击韧度/(KJ/m2) 缺口 断裂伸长率/% 击穿强度E/KV?㎜-1

第二节 拟定模具结构形式

1. 分型面位置的确定

充分考虑上述条件并分析塑件形状结构后，塑件形状简单，尺寸较小，模具采用点浇口，需两次分型，本零件的形状简单，精度要求不高，又是大批量生产，采用多行腔模具使生产效率大为提高。

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2. 型腔数目的确定及排位方式的确定

由于该塑件的精度要求较高，尺寸较小，且为大批量生产，为提高生产率，可采用一模多腔的结构形式。同时考虑到塑件尺寸、模架尺寸的关系，以及制造费用等因素，初步定为一模四件。

型腔排列形式的确定

该模具采用一模四件，其型腔排布如图所示：

采用平衡式布置，其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状与尺寸均对应相同，可实现各个型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的。

3. 模具结构形式初步确定

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综上述分析可知，模具设计成一模四件，呈H形排布。根据塑件的形状结构，模具推出机构选推杆推出方式。定模部分设分型面A—A取出凝料，定模部分设分型面B—B，取出塑件，定模部分与动模部分之间需增设中间板。所以模具采用推杆推出的双分型面注射模。

第三节 注射机型号确定

1.注射量的计算

注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出熔料的最大容积，它决定了一台注射机所能成型塑件的最大体积。

（1）塑件质量、体积的计算

① 塑件的体积：V=πRI2×H1＋πR22×H2－πR32×H3

=3.14×8.52×3＋3.14×72×7－3.14×62×7

=966.335㎜3

=0.966335㎝3

② 塑件的质量：m=ρV=0.966335×0.95=0.92g（取PE的密度为

0.95g/cm3）

③ 带流道凝料的体积：

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浇注系统的凝料在设计前是不能确定的，查《塑料模具设计指导》可知可按塑件体积的0.2～1倍来计算。本次设计采用一模四件，流道相对复杂，所以凝料体积按塑件的0.6倍计算。

Vg=1.6nV=1.6×4×0.966335 =6.18㎝3

2.选择注射机

根据上一部的计算得出一次注入模具型腔的塑料总质量Vg=6.18㎝3，结合《塑料成型工艺及模具设计》式（4-18）则有：Vg/0.8=6.18/0.8㎝3=7.725㎝3。根据以上计算，初步选定注射量为30cm3的注射机。 查《塑料成型工艺及模具设计》附录G得：

注射机型号为XS-Z-30

3.注射机主要技术参数

注射量/cm3 柱塞直径/mm 注射压力/Mpa 螺杆转速（r/min） 锁模力/kN

30 28 119 - 250 合模方式 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 喷嘴球半径/mm 喷嘴孔直径/mm 液压-机械 180 60 12 4 14

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4.注射机相关参数的校核

（1）注射压力校核

注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力。

查《塑料成型工艺与模具设计》表3—1得：PE的注射压力为70～100MPa,这里取p=85MPa,该注射机公称压力P公=119MPa。注射压力安全系数k1=1.25～1.4，取k1=1.3。

则k1p=1.3×85=110.5MPa

① 塑件在分型面上的投影面积为A塑，则A塑=3.14*8.52=226.865mm2 ② 浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分

型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上投影面积A塑的0.2～0.5倍。这里取 A浇=0.3A塑。 ③ 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总，则，

A总=n（A塑+ A浇）= n（A塑+ 0.3A塑）=4*1.3 A塑=4*1.3*226.865 mm2

=1179.7 mm2

模具型腔内的胀型力F胀，则

F胀= A总p模=1179.7* 50 N=58985N=58.985kN

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式中，p模是型腔的平均计算压力值。p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%～40%，大致范围为30～60MPa。PE粘度大小适中，故p模取50MPa。

该注射机的公称锁模力F锁=250kN，锁模力安全系数为k2=1.1～1.2，这里取k2=1.2 F胀=1.2*58.985kN=70.782kN

对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。

第三章 浇注系统的设计

浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴进入模具开始到型腔为止所流经的通道。它的作用是将熔体平稳的引入模具型腔，并在填充和固话成型过程中，将型腔内气体顺利排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁、尺寸稳定的塑件。浇注系统主要由主流道、分流道、浇口、冷料穴组成。

第一节 主流道的设计

主流道中心线一般位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合。主流道断面形状为圆形。

1. 主流道设计要点

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（1） 为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，锥角为2°～4°，通常主流道进口端直径应根据注射机喷嘴孔径确定。

（2） 主流道与分流道交接处采用圆角过渡，以减小料流转向过渡时的阻力，过渡圆角半径为1～3㎜。

（3） 在保证塑件成型良好的前提下，主流道长度尽量短，以减小压力损失及废料，一般主流道长度视模板的厚度、流道的开发等具体情况而定。 （4） 设置直流道衬套。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，容易损坏，所以不将主流道直接开在模板上，而是将它单独设在主流道衬套中。 一般设计主流道截面直径时，应注意喷嘴轴线和主流道中心线对中，主流道进口端直径应比喷嘴直径大0.5～1㎜，主流道进口端凹下的球面半径比喷嘴球面半径大1～2㎜，凹下深度为3～5㎜.

2. 主流道的尺寸

（1）

主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中出取50mm

进行设计。 （2） （3） （4） （5）

主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm=4+0.5=4.5mm 主流道大端直径：d’=d+2L主tanα= 11.49mm，式中α=4° 主流道球面半径：SR0=注射机喷嘴头半径+（1～2）mm=12+2mm=14mm 球面的配合高度：h=3mm

3. 主流道的凝料体积

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V主=π*L主（R主+r主 R主r主）/3=3.14*50*（5.75+2.25+5.75*2.25）/3mm=2672.27mm3=2.67cm3

22+223

4. 主流道当量半径

Rn=（5.75+2.25）/2mm=2.5mm

5. 主流道的衬套形式

第二节 分流道的设计

分流道的要求是：塑料熔体在流动中热量和压力损失最小，同时使流道中的塑料量最少；塑料熔体能在相同的温度、压力条件下，从各个浇口尽可能的进入

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并充满型腔；从流动性、传热性等因素考虑分流道的比面积应尽可能的小；分流道的表面不必很光，表面粗糙度一般为1.6um即可；当分流道较长时，在分流道末端应开设冷料穴。

1. 分流道的形状及尺寸

本设计采用梯形截面，其加工工艺型好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。分流道的长度应尽量短，少弯折。 （1） 分流道的长度

由于流到设计简单，根据型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可以适当选小一些。单边分流道长度L分取35mm。 （2） 分流道的当量直径

因为该塑件的质量m=6.18*0.95g=5.87g，根据《塑料成型工艺及模具设计》式（4-16），分流道的当量直径为D分=1.56mm （3） 分流道截面形状

分流道的断面形状有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式。圆形截面的比面积最小，流道形状效率较高，需开设在分型面的两侧，加工较麻烦，增加了制作费用及成本，稍不注意会造成流道交错而影响流动效率；半圆形截面分流道需用球头铣刀加工，它是结合梯形和U形改良而成，；矩形截面分流道周长长，面积小，流动阻力大，易形成死角，热量损失多；U型截面又称改良式梯形，结合圆形与梯形的优点加工简单，但其比面积只比圆形大14%；梯形截面分流道

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加工较容易，比面积比圆形流道夺39%，且热量损失与压力损失均不大。结合塑件工艺性及上述分析，流道截面选为梯形截面。 （4） 梯形小端直径

梯形角度为8?，梯形高度为3.5㎜，设梯形小端直径为x， （x＋x＋2×3.5tan8?）*3.5/2=π1.562/4 解方程求得： x=4.14㎜ 取x=5㎜

所以梯形大端直径为6㎜

2. 分流道的布置形式

分流道在分型面上的布置形式与型腔排列密切相关，应遵循两方面的原则：一方面排列紧凑，缩小模具版面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。该模具的流道布置形式采用平衡式布置，以使塑料熔体经分流道能均衡的分配到四个型腔和避免局部胀模力过大影响锁模。

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3. 分流道剪切速率的校核

（1） 确定注射时间

查《塑料模具设计指导》表2—3得：t=1s （2） 分流道体积流量

Q分=(v分/2＋2v)/t=1.688㎝3 L分=L=32＋20＋20＋30=102㎜ A分=（7＋4）/2×6=33㎜2 （3） 剪切速率的校核

Rs=3.3Qs/πRs3=(3.3×1.688)/3.14×5.553/8=5.7×10-2s-1

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在分流道剪切速率范围之内。

第三节 浇口的设计

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料以后，浇口应按要求迅速冷却封闭，防止预塑时型腔内还未凝固的熔体回流。

影响浇口设计的因素：

浇口设计包括浇口截面形状及浇口截面尺寸的确定，浇口位置的选择。 影响浇口截面形状及其尺寸的因素，就塑件而言，包括塑件的形状、大小、壁厚、尺寸精度、外观质量及力学性能等，塑件所用材料特性对浇口设计的影响因素，是塑料成型温度、流动性、收缩率及有无填充物等。此外，在进行浇口设计时，还应考虑浇口的加工、脱模及清除浇口的难易程度。

1. 浇口的选择

该塑件表面质量要求较高，模具采用一模四腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用点浇口。

2. 浇口长度、宽度的确定

点浇口它是一种尺寸很小截面为圆形的直接浇口的特殊形式。开模时，交口可以自动拉断，利于自动化操作，浇口去除后残余痕迹小。但注射压力损失大，收缩大，塑件易变形。浇口尺寸太小时料流易产生喷射，对塑件质量不利。

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查《塑料模具设计指导》表2—3得：点浇口长度为1㎜，宽度为1㎜，高度为2㎜。

3. 浇口剪切速率的校核

（1） 确定注射时间 t=1s

（2） 浇口体积流量 Qs=V/t=0.966㎝3

（3） 剪切速率 Rs=4Qs/πRs3=(4×0.966)/（3.14×13×10-3） =1.23×103s-1

剪切速率在浇口剪切范围之内。

第四节 浇注系统的平衡

塑件为小尺寸零件，经分析模架句采用一模四件，从主流道到各个型腔的分流道长度相等，形状与截面尺寸对应相同，各个浇口也是相同的，模具采用的是平衡式式布置。

在实际的注射模设计与生产中，常采用试模的方法来达到浇口平衡。

第五节 冷料穴和拉料杆的设计

冷料穴是注射成型时，流动熔体前端得冷料头。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔，还便于在该处设置拉料杆的

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功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料推出模外。

冷料穴一般都设在主流道的末端，且开在主流道对面的动模板上，直径略大于主流道大端直径，便于冷料的进入，深度约为直径的1～1.5倍。

塑件表面质量无特殊要求，推出机构采用推杆推出机构，并选用与Z形拉料杆相应的冷料穴。

第四章 成型零部件的设计

构成塑料模具型腔的零件统称为成型零部件。成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等，因此，成型零件不仅要求有正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理的结构，较高的强度、硬度和好的耐磨性。

第一节 成型零部件的结构设计

1. 凹模

凹模是成型塑件外表面的重要零件，按结构不同可分为整体式凹模和组合式凹模两种形式。根据密封件工艺性分析，所以模具凹模采用整体式凹模。

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2. 凸模和型芯

凸模是指成型塑件内表面的零件，亦称型芯，主要由主型芯、小型芯、螺纹型芯和螺纹型环等。该塑件采用整体式型芯，由于包紧力较大，所以设在动模部分。

3. 成型零部件钢材的选用及技术要求

（1）型腔的技术要求： ① ② ③ ④

型腔材料：3Cr2Mo

型腔热处理：淬火处理，硬度达到45～50HRC

表面粗糙度值：型腔表面Ra=0.2～0.1um，配合面Ra=0.8um 型腔表面处理：型腔表面镀铬，抛光

（2）型芯的技术要求 ① ② ③ ④

型芯材料：3Cr2Mo

型芯热处理：淬火处理，硬度达到45～50HRC

表面粗糙度值：型芯表面Ra=0.01～0.025um，配合面Ra=0.08um 型芯表面处理：型芯表面镀铬，抛光。

第二节 成型零部件工作尺寸的计算

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1. 塑料成型收缩率的计算

查《塑料模具设计指导》表9—6得,PE的成型收缩率为1.5～3.6%,故其平均收缩率Scp=（1.5%+3.6%）/2=2.55%

2. 型腔和型芯径向尺寸的计算

（1）型腔径向尺寸的计算

查《塑料成型工艺及模具设计》表4-15得： LM1 =（1+Scp）*ls=（1+2.55%）*17=17.43mm LM2 =（1+Scp）*ls=（1+2.55%）*14=14.36mm （2）型芯径向尺寸的计算

查《塑料成型工艺及模具设计》表4-15得： LM =（1+Scp）*ls=（1+2.55%）*12=12.31mm

3. 型腔深度和型芯高度的尺寸计算

（1）型腔深度尺寸的计算

查《塑料成型工艺及模具设计》表4-15得：

HM1 =（1+Scp）*Hs=（1+2.55%）*10 =10.26mm HM2 =（1+Scp）*Hs=（1+2.55%）*3 =3.08 mm

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第三节 模具型腔侧壁和动模垫板厚度的计算

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度。如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏，也可能因刚度不足而引起挠曲变形，导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。

型腔壁厚的强度计算条件是型腔在各种受力形式下的应力值不得超过模具材料的许用应力，即σ超过允许变形量，即δ

max

≤[σ]；型腔壁厚的刚度计算条件是型腔弹性变形不得≤[δ]。

max

1. 凹模侧壁厚度计算

凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模深度有关。

查《塑料成型工艺与模具设计》表6.10得： 该模具凹模壁厚为20㎜。

2. 动模垫板厚度计算

动模垫板厚度与所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在150㎜×230㎜这个范围内，查《塑料模具设计指导》表7—4得：垫块之间的跨度大约为L=W-2W2=94㎜，那么根据型腔布置和型芯对动模垫板的压力计算动模垫板的厚度。

T=0

（pA/EL1δp）

=0.54×94×[(200×80%×226.88)/(1.75×102×150×0.02)]

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=50.76×0.82 =41.62㎜

式中δp是模具刚度计算许用变形量，L是两个垫块之间的距离，L1是动模垫板的长度，取150㎜，A是四个型芯投影到动模垫板上的面积。

单个型芯所受压力的面积为A1=πD2/4=3.14×8.52/4=5672㎜2 四个型芯的面积为A=4A1=226.88㎝2

第一节 模架设计和其它部件及标准件选用

第一节 模架的选用

选用标准模架的程序及要点：

① 模架厚度H和注射机的闭合距离L。模架厚度和闭合距离的关系为：Lmin

≤H≤Lmax(H—模架厚度，Lmin—注射机最小闭合距离，Lmax—注射机最大闭合距离)

② 开模行程与定、动模分开的间距与推出塑件所需行程之间的尺寸关系。设计时必须计算确定，在取出塑件时的注射机开模行程应大于取出塑件所需的定、动模分开的间距，而模具推出塑件距离需小于顶出液压缸的额定顶出行程。

③ 选用的模架在注射机上的安装。安装时需注意：模架外形尺寸不应受注射机拉杆间距的影响；定位孔径与定位环尺寸需配合良好；注射机推出杆孔的位

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置和顶出行程是否合适；喷嘴孔径和球面半径是否与模具的浇口套孔径和凹球面尺寸相配合；模架安装孔的位置和孔径与注射机的移动模板及固定模板上的相应螺孔相配。

④ 选用模架应符合塑件及其成形工艺的技术参数。为保证塑件质量模具的使用使用性能及可靠性，需对模架组合零件的力学性能，特别是他们的强度和刚度进行准确的校核及计算，以确定动、定模板及支撑板的长、宽、厚度尺寸，从而正确的选定模架规格。

根据计算和对塑件的分析，选取150㎜×230㎜的模架。 动模座板宽度W1=200㎜； 垫块宽度W2=28㎜； 推板宽度W3=90㎜； 复位杆间距W4=48㎜； 垫块高度C=50㎜； 动模座板厚度H1=20㎜； 支撑板厚度H2=30㎜； 推件板厚度H3=20㎜； 定模座板厚度H4=25㎜； 推杆固定板厚度H5=13㎜；

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推板厚度H6=15㎜； 定模板厚度A=35㎜； 动模板厚度B=30㎜； 导柱间距L2=212㎜；

第二节 标准件的选用

标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固螺钉等，模具专用标准件如定位圈，浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧冷却及加热元件、顺序分型机构及精密定位用标准组件等。

由于模架选用标准模架，所以导柱、导套、复位杆等零件，均采用标准模架中的标准，不需要另外选取。

第三节 合模导向机构的设计

合模导向装置是保证动、定模或上、下模合模时正确定位和导向的装置。合模导向装置主要有导柱导向和锥面定位。导柱导向装置的主要零件是导柱和导套。

导向装置的作用

（1）导向作用。上模和下模合模时，首先是导向零件接触，引导上、下模准确合模避免凸模或型芯先进入型腔，保证不损坏成型零件。

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（2）定位作用。避免模具装配时认错方位而损坏模具（尤其是形状不对称的型腔），对于垂直分型的两瓣对拼凹模，合模销可以保证在合模时定位准确。

（3）承受一定的侧向压力。塑料注入型腔过程中会产生单向侧面压力，或由于成型设备精度的限制，使导柱在工作中承受一定的侧压力。当侧压力很大时，则不能完全由导柱来承担，需要增设锥面定位装置。

注射模的导向机构有导柱导向和锥面定位两种，导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向；锥面定位用于动、定模之间的精密对中定位。该模具采用标准模架，模架本身带有导向装置（导柱导向机构）做模具的定位，又由于本模具的型腔设在定模，所以不需要其他定位。

第四节 脱模推出机构的设计

脱模机构是指在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出的机构。

设计脱模推出机构的原则：

（1） 推出机构应尽量设置在动模一侧。 （2） 保证塑件不因推出而变形损坏。 （3） 机构简单、动作可靠。 （4） 良好的塑件外观。 （5） 合模时的正确复位。

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1. 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。 内孔直径与壁厚之比λ=r/t=6<10，此塑件为厚壁塑件。 查《塑料成型工艺与模具设计》式4-24得：

2πrESL(f-tanφ)+0.1A

(1?μ?K1)K2 F=

式中，

F—脱模力（N）；

E—塑料的弹性模量（MPa）； S—塑料成型的平均收缩率（%）； L—被包型芯的长度（mm）； r—型芯平均半径（mm）； f—塑料与钢材之间的摩擦因数；

K1—由λ和φ决定的无因次数，K1=2λ2/（cos2φ+2λcosφ）； K2—由f和φ决定的无因次数，K=1+fsinφcosφ； A—塑件与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm2）； μ—塑料的泊松比； φ—脱模斜度（°）

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查《塑料成型工艺与模具设计》表4-24得：

E=900 MPa； S=2.55 %； L= 7mm； r=6mm； f=0.23；

K1=2λ2/（cos2φ+2λcosφ）=5.54； K2= 1+fsinφcosφ=1； A=56.75mm2； μ=0.38； φ=1°

2πrESL(f-tanφ)+0.1A

(1?μ?K1)K2F=

=

2π*6*900*2.55%*7*(0.23-tan1) +0.1*56.75

(1?0.38?5.54)*1=186.02N

2. 脱模推出机构的选择

若采用推杆推出，

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（1） 推出面积 设直径为6㎜的推杆设置一根，那么推出面积为：

A=

?d24??*1724=226.98mm2

（2） 推杆推出应力

Σ=F/A=16.3≥[σ]

综上所述，采用推杆推出符合要求。 注：

（1） 该模具全部采用直径为6㎜的推杆，每个塑件只需一个推杆； （2） 推杆装入模具后，其断面应高出型芯上表面0.05㎜～0.1㎜； （3） 推杆与推杆固定板通常采用径向单边0.5㎜的间隙，推杆台肩与沉

孔轴向间隙0.03㎜～0.05㎜.这样能在多推杆的情况下，不因各板上推杆孔间的加工误差而引起的轴线不一致而发生卡死现象;

（4） 推杆用45号钢，热处理要求硬度为45～50HRC，工作端粗糙度要求Ra

值为0.8μm.

第五节 排气系统的设计

在塑料熔体填充注射模腔过程中，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形成的水蒸气，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体；这些气体如果不能被熔融塑料

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顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。

注射模通常有三种排气方式：利用配合间隙排气；再分型面上开设排气槽；利用排气塞排气。

分析塑件的形状尺寸，塑件的高度远远小于塑件的直径，所以模具不需要设置排气系统。

第六节 温度调节系统的设置

模具成型过程中，模具温度会直接影响到塑料熔体的充模、定型、成型周期和塑件质量。

模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形大，而且还容易造成溢料和粘模。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。

1. 冷却介质

对于粘度较低，流动性较好的塑料，应为成型工艺要求模具的温度不高，所以可以用水冷却。PE的模具温度为30～70℃，所以，模具的温度初选定位30℃，用常温水对模具进行冷却。

2. 冷却系统的简略计算

（1） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量

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① ② ③

塑料制品的体积 V=6.18cm

塑料制品的质量 m=ρV=6.18×0.95=5.87g=0.00587kg

塑件的壁厚为1mm，可以查表4-34得t冷=4.5s。取注射时间t注=1.6s，

3

脱模时间t脱=8s，则注射周期t=t注+t冷+t脱=（1.6+4.5+8）g=14.1s。由此得出每小时注射次数：N=（3600/14.1）次=255.32次 ④

单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W=Nm=255.32*0.00587kg/h=1.5 kg/h

（2） 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs

查表4-35直接可知PE的单位热流量Qs的值得范围在（690～810）KJ/kg之间，故可取Qs=750KJ/kg

（3） 计算冷却水的体积流量qv

设冷却水道入水口的水温θ2=22℃，出水口的水位θ1=25℃，取水的密度ρ=1000kg/m3，水的比热容c=4.187kJ/(kg·℃)。根据公式可得：

qv=

WQs1.5*750==0.00149m3/min

60?c(?1??2)60*1000*4.187*(25?22)（4） 确定冷却水路的直径d

当qv=0.00149m3/min时，取冷却水孔的直径d=0.008m。 （5） 冷却水在管内的流速v

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V?4qv60??d2?4?0.00149?0.49m/s 260?3.14?0.008（6） 求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h

因为平均水温为23.5℃，查表4-31可得f=0.67，则有：

4.187f(?v)0.84/187?6.7?(1000?0.49)0.8?0.0080.2h?d0.2

=1.05*104kJ/(m2·h·℃)

（7） 计算冷却水通道的导热总面积A

A?WQs?hΔ?1.5*7501.05*104*（30-22?25）2?0.0165m2

（8） 计算模具所需冷却水管的总长度L

L?A0.0165??0.656mm?656m ?d0.008?3.14（9） 冷却水路的根数x

设每条水回路的长度l=200mm，则冷却水路的根数为

x=

L656??4根 l200

第六章 模具装配图的设计

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本次设计模具为注射模具，模具由动、定模座板、动、定模板、垫块、支撑板、导柱、导套、复位杆、推杆固定板、型腔、型芯等组成。

第一节 模具装配的技术要求：

1. 装配好的模具，其闭合高度应符合设计要求。

2. 模柄（活动模柄除外）装入上模座后，其轴心线对上模座上平面应垂直

度

3. 导柱和导套装配后，其轴心线应分别垂直于定模座的底平面和动模座的

上平面。

4. 定模座的上平面应和动模座的底平面平行。

5. 装入模架的每对导柱和导套应满足其配合间隙要求。

6. 装配好的模架，其动模沿导柱上、下移动应平稳，无阻滞现象。 7. 装配后的导柱，其固定端面与下模座下平面应保留1～2mm距离，选用导

套时，装配后其固定端面与上模座上平面1～2mm距离。 8. 型芯和型腔的配合间隙应符合设计要求。 9. 定位装置要保证定位正确可靠。

10. 推件和拉料及复位装置活动灵活、正确。

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11. 模具应在生产的条件下进行试模，注射的制件应符合设计要求 。

第二节 模具工作过程

模具装配完成，试模完毕之后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下： 1. 2. 3. 4. 5. 6.

对塑料PE进行烘干，并装入料斗；

清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行注射前的预热； 合模,推出装置和复位装置一起锁紧模具； 对塑料进行预塑化，注射装置准备注射；

注射：其过程包括充模、保压、倒流、冷却和脱模等过程；

合模过程：合模时，在导柱和导套的导向定位下，动、定模闭合。动、

定模由合模系统提供的锁模力锁紧，然后注射机开始注射，塑料熔体经定模上的浇注系统进入型腔，待熔体充满型腔并经保压、补缩冷却定型后开模。 7.

开模过程：开模时，注射机合模系统带动动模后退，模具从动、定模分

型面处分开，塑件包在型芯上随动模一起运动，同时拉料杆将主流道凝料从浇口套中拉出。当动模移动一定距离后，推出机构开始工作，使推杆和拉料杆分别将塑件和凝料从型芯和冷料穴中拉出，并从模具中落下，至此完成一次注射。 8.

塑件的后处理：对塑件进行调湿处理。

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结 语

通过对PE——密封件的注射模设计，使我更深一层的了解注射模的设计流程，包括塑件工艺性的的分析，工艺方案的确定，模具结构形式的选择，必要的工艺计算，主要零部件的设计，注射机型号的选用，模架的选取，总装图的绘制等。在设计过程中，有些数据尺寸的计算是一点也马虎不得的，只要一个数据有误，就得全部改动，使设计难度加大。

经过本次的课程设计使我受益匪浅，对注射模具设计的过程有了更进一步的认识和所学理论知识更全面掌握。

课程设计是注射模设计课重要的综合性与实践性的重要环节，是对我们所学知识的全面检验。在设计的过程中综合地运用了注射模具及设备、机械制图、公差与技术测、模具材料及热处理等基础课程知识。

通过本次设计实践， 我逐步树立了正确的设计思路，增强了分析问题和解决问题的能力，通过设计计算，绘图、选用技术标准和查阅规范设计手册等有关设计资料进行注射模具设计，使我对注射模具设计方面有了全面的了解，为以后的设计工作奠定了一个良好的基础。

通过本次设计我学到了很多，终于对模具有了一个全新的认识，体会到了理论联系实际的真正意义，但同时也发现了许多问题，如，对理论掌握的还不是很扎实，对有些东西还是一些模糊概念，所以在以后的工作和学习中我会更加注重有关设计技巧和相关理论知识，为设计工作打下良好的基础。

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通过此次实训，我深深明白了理论与实践相结合的重要性，任何知识都应用理论来支撑，实践来运用，到达相互检验，相互促进，所以，一定要学好理论知识为实践打基础，从而真正学到知识。

参考文献

【1】《模具设计（第二版）》陈剑鹤 吴云飞 主编 机械工业出版社

【2】《塑料成型工艺与模具设计》叶久新 王群 主编 机械工业出版社

【3】《机械制图（第二版）》 刘力 主编 高等教育出版社

【4】《中国模具设计大典》 肖祥芷、王孝培 主编 中国机械工程学会、中国模具设计大典编委会 【5】《模具制造工艺学》 李云程 主编 机械工业出版社 【6】《冲压模具及设备》 徐政坤 主编 机械工业出版社 【7】《塑料模具设计》 刘昌祺 主编 机械工业出版社

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【8】《工程材料及成形工艺基础（第三版）》 杨慧智 主编 机械工业出版社

【9】《塑料注射成型技术问答》 周殿明 主编 机械工业出版社

【10】《塑料模具标准件及设计应用手册》 化学工业出版社 【11】《塑料模具设计指导（第二版）》 机械工业出版社

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/f09p.html