水杯盖注塑模毕业设计说明书 - 图文

本 科 毕 业 论 文

题 目

水杯盖注塑模设计 作 者： 张益 专 业： 机械工程及自动化 指导教师： 周旭 丁邦建 完成日期： 2012年6月6日

原 创 性 声 明

本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

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本论文使用授权说明

本人完全了解南通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）

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南 通 大 学 毕 业 设 计（论文） 题目： 水杯盖注塑模设计

姓 名： 张益

指导教师： 周旭 丁邦建

专 业：机械工程及自动化

南通大学机械工程学院

2012年06月

南通大学毕业设计（论文）

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摘 要

此次的设计任务即水杯盖注射模具设计，零件模型就是商场里面买来的大口杯。 产品的 3D建模，借助 PRO/ENGINEER设计软件创建型腔、活块以及其他零件，并自动生成所需要的零件工程图 ；使用草图和厚度检测，评估零件；直接参照产品三维模型,创建分模曲面及滑块，再生成模具型腔组件（动模、定模）；对于模架的设计,利用 PRO/E模座专家EMX4.1来完成,从标准模架选择到产品输出,全部采用 3D化设计。我在水杯盖模具设计过程中，从零件建模到型腔、型芯的设计、模架设计，直至最后的模具开模动作模拟都充分发挥了 PRO/ENGINEER设计软件的各个模块和插件的优势，基本做到了无图纸化设计。采用一模四腔的设计。注塑机综合注塑容量、锁模力、最大注塑面积和模内压力等技术参数确定注塑机型号选用Battlefield BC_T_1500/630。模座选用Futaba，其他标准件选用Misumi。使用了模具设计软件——PRO/ENGINEER，从最初的零件 3D建模到最后的模具各部分零件的装配，模座设计,工程图文件,依靠 PRO/ENGINEER的各个模块,得到合乎毕业设计规范的工程图。

模具的特点是：滑块在动模，斜导柱在定模，以保证顺利完成侧向抽芯。此外，还对工作零件和注射机有关参数进行了必要的校核计算。

关键词：模具，注塑件，PRO/E，EMX，生产实践

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ABSTRACT

This task is the design of cupcover's injection mold design. Parts model is the common one in super market.

Products of 3 D modeling, with the aid of the PRO/e design software to create cavity, live piece and other parts, and the engineering drawings is automatic generated ; the parts is evaluated by sketches and the thickness detect. Referring to the product directly 3 d model, parting surface, the slider, the mold cavity components (mold core, and the mold cavity) are created. From standard formwork choose to product output, 3D design is used, such as using PRO/E mould seat experts EMX4.1 to complete for the design of the formwork. From parts modeling to cavity, cores of design, formwork design, until the last of the mould cavity movement simulation are taken full of the PRO/e design software modules and plug-in advantage. Using a module and four cavity designs, Battlefield BC_T_1500/630 is choosed as injection machine Comprehensive injection capacity, injection molding machine clamping force, and maximum injection area and mould pressure technology parameters. Futaba is choosed as Mold base, other standard parts are selected Misumi. Using the die design software-PRO/e, from the initial part 3D modeling to the end of the mould parts of the assembly parts, mould seat design, engineering drawings files are all relied on PRO/e modules to get with the engineering drawings that meet the graduation project standard.

The characteristics of the mould is that the slider in dynamic model, oblique guide column in the mold, to ensure smooth finish side core-pulling. In addition, the necessary relevant parameters have been checked calculation of the work parts and injection machine.

Key words: Mold，Injection part，PRO/E，EMX，Practical product

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目 录

水杯盖注塑模设计 ..................................... 1 摘 要 ............................................. I ABSTRACT ............................................ II 第一章 前言 .......................................... 3

1.1 本课题研究的现状及发展趋势 ..................................................................................... 3

1.2 本课题研究的意义和价值 ............................................................................................. 3 1.3 本课题的基本内容，预计解决的难题 ......................................................................... 4

1.3.1本课题的基本内容: ............................................................................................ 4 1.3.2预计解决的难题: ................................................................................................ 4 1.4 课题的研究方法、技术路线 ......................................................................................... 4

1.4.1研究方法 .............................................................................................................. 4 1.4.2技术路线 .............................................................................................................. 4 1.5 研究工作条件和基础 ..................................................................................................... 5

第二章 塑件的分析 .................................... 6

2.1外形的尺寸 ....................................................................................................................... 6 2.2精度等级[4] ........................................................................................................................ 6 2.3PP的性能分析 ................................................................................................................... 8

第三章 注塑机选择 .................................... 9

3.1初步选定注射机 ............................................................................................................... 9

3.1.1注射量的计算 ...................................................................................................... 9 3.2注射机的相关参数选择校核 ......................................................................................... 11 3.3设备的型号及选择 ........................................................................................................ 11

3.3.1注射成型工艺[1] ................................................................................................. 11 3.3.2注射机的选用 .................................................................................................... 11 3.3.3按照预选型腔数来选择注射机： .................................................................... 12

第四章 成型零件的设计 ............................... 15

4.1成型零件的结构设计 ..................................................................................................... 16 4.1.1 凹模的结构 ....................................................................................................... 16 4.1.2凸模结构 ............................................................................................................ 16 4.2浇注系统的设计 ............................................................................................................. 18

4.2.1确定浇注系统的设计原则 ................................................................................ 18 4.2.2主流道的设计要点 ............................................................................................ 19 4.2.3主流道的设计 .................................................................................................... 19

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4.2.4 浇口位置的选择 ............................................................................................... 21 4.2.5 排气系统的设计 ............................................................................................... 21 4.3成型零部件的结构设计与计算 ..................................................................................... 21

4.3.1成型零件的结构设计 ........................................................................................ 21 4.3.2成型零件的工作尺寸计算[7] ............................................................................. 22 4.3.3型芯的尺寸计算 ................................................................................................ 22 4.3.4合模导向定位结构[12] ....................................................................................... 23 4.4模架的确定 .................................................................................................................... 24

第五章 结论 ........................................ 26 参考文献 ............................................ 28 致 谢 ............................................ 29

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第一章 前言

1.1 本课题研究的现状及发展趋势

到2010年，市场规模达到860亿美元，其中塑料模约占40%左右。即使在2008年，世界经济受到金融海啸的影响而陷入低谷，当年模具行业产值仍然增长3.68%。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。而水杯盖的注塑设计作为其中成熟的一部分，无论从工艺、模具设计、材料等方面都已经成熟，竞争日趋激烈。新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现、发展迅猛。塑料水杯作为日常生活必须的产品，需求量大。同时随着社会水平的提高。对质量、外形、安全等要求也日益提升。整体来看，无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面我国的塑料注塑模具工业都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。高低端塑料水杯产品的差价在10倍以上，对于产品质量的控制也要加强。由此而造成对于一些中高档塑料模具供不应求。同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。由于塑料零配件形状复杂、设计灵活，对模具材料、设计水平及加工设备均有较高要求，并不是人人都可以轻易涉足的。专家认为，目前中国与国外水平相比还存在较大差距，眼前需尽快突破制约塑料模具产业发展的三大瓶颈：一是加大塑料材料与注塑工艺的研发力度；二是塑模企业应向园区发展，加快资源整合；三是模具试模结果检验等工装水平必须尽快跟上，否则塑料模具发展将受到制约。

1.2 本课题研究的意义和价值

水杯盖的注塑模设计作为注塑模设计的一个典型，同时又有很大的实用价值，通过对它的研究对于提高模具设备的整体水平具有重要意义。对模具设备的智能化、自动化、准确度、专业化都有着很大的意义。而目前我国模具行业理论和实际应用与先进国家相比还有着一定的差距。通过研究实验转台提高设备水平为理论研究和实际应用提供工具保障。促进和推动了我国模具cad/cam技术的发展。有利于理论与实践的双向发展。同时通过本课题的研究为模具设计的更新换代和前进发展打下一定的基础。同时在前人研究的基础上完成分形面、靠破孔、浇注冷却系统、抽芯机构、推出机构设计，使得本人具有综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题的能力。使得理论认识深化、知识领域扩展、专业技能延伸。为以后的工作打下一定的基础。

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1.3 本课题的基本内容，预计解决的难题 1.3.1本课题的基本内容:

1. 根据材料的特性及制品的结构对制件进行工艺分析，制定设计方案：塑料盖直径较大，

在设计中应注意注射机选择和型腔数的确定，以免锁模力不够。然后确定注射机型号及分型面，型腔排放位置、模具类型等。

2.进行模具设计：根据计算确定模具各部分尺寸，选择分形面，设计浇注系统，选择模架和零件。绘制模具装配图、零件图。

3.尽量优化设计方案，避免出现飞边、溢料等质量问题。探讨一下塑料模CAD/CAM/CAE，了解计算机软件在模具设计中的应用。

1.3.2预计解决的难题:

注塑成型的工艺参数的确定以及分型面、主流道、浇口、分流道、推杆、导柱、推板等部分的机械结构设计

1.4 课题的研究方法、技术路线 1.4.1研究方法

要完成塑料水杯盖模具设计的各个方面，包括水杯盖外形的设计，注塑材料的选用，注塑机的选用，成型部分、浇注系统、结构零件、导向零件、紧固零件的模具设计，抽芯机构的设计。避免设计时候的各种禁忌。同时需要充分考虑各个部分间的关系，分配功能时既要充分体现各组成部分的优势，又要考虑到各组成部分工作时序上的协调。

1.4.2技术路线

资料收集→总结整理→计算数据→初步设计画出草图→修改草图→计算机绘图→校核强度→设计必要的辅助机构→编写说明书→反馈与完成

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1.5 研究工作条件和基础

1．经过三年半理论学习及实践，用于进行课题的基本素质。具有一定的机械专业知识基础。

2．拥有的资料包括部分图纸、参考资料以及机械、电气设计手册等。 3．查阅文献的能力设计能力，包括通过资料的整合进行装备设计的技能。 4．拥有电脑、打印机等基础设备和开放式实验室供学生使用进行辅助设计。 5．有丰富的工厂认识实习与生产实习的经验。

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第二章 塑件的分析

2.1外形的尺寸

该塑件为带四个耳状突出的圆角矩形 [10] ，平均壁厚为1.5mm，中心薄壁处为0.78mm，挂钩处为2mm。无孔，有四个挂钩需要通过斜销克服，结构较简单，适合于注射成型。图2-1为实际生活里面的水杯盖，图2-2为我在PRO/E中绘制的零件

图2-1 实际生活里面的水杯盖

图2-2 PRO/E中绘制的零件

2.2精度等级[4]

零件图中重要的尺寸有80±0.01、R1±0.01、30±0.01、1.5±0.01、4.5±0.01、20

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±0.01，等，其余未标尺寸误差为辅助尺寸对照附表C、附表B（GB/T14486—1993），知道这些尺寸的公差等级在2级以上，为高精度等级，其他属一般精度等级。关于塑件的尺寸精度和公差的国家标准GB/T14486-1993中PP公差等级的选用如表2-1

表2-1塑件公差等级[8]

材料代号 材料名称 公差等级 标注公差尺寸 未注公高精度 一般精差尺寸 度 pp 聚丙烯 MT2 MT3 MT5 综合考虑上述因素、塑件基本尺寸以及模具的制造成本和加工，本设计塑件的尺寸精度为一般精度MT3。

1) 塑件表面粗糙度的确定[8]

塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、波纹等疵点外，主要有模具表面的粗糙度决定，一般塑件的表面粗糙度值比模具表面的粗糙度值低一级。如图2-3

图2-3 水杯盖零件图

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2.3PP的性能分析

（1）使用性能

PP是一种半结晶性材料，它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0C以上时非常脆，许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。PP的流动率MFR范围在1~40。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化. 适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件、盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。 （2）成型性能

1）结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。 2）流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形。

3）冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形。

4）塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中[9]。

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第三章 注塑机选择

3.1初步选定注射机

3.1.1注射量的计算 注塑件设计如下

通过PRO/E计算得塑件体积：VOLUME = 8.6029983e+04 MM^3 本模采用一模四腔结构，如图3-1所示。

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图3-1 浇注件模型

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3.2注射机的相关参数选择校核

每一次注入模具型腔的塑料总体积VOLUME = 8.6029983e+04 MM^3 ,注射机V

机

=V

总

/0.8=389.4/0.8=486.75cm3[11]，选定注射机型号为Battlefield

BC_T_1500/630其主要技术参数见表1.1.

表1.1 注射机主要技术参数 理论注射量/cm3 螺杆直径/mm 注射压力/MPa 锁模力/KN 拉杆内间距/mm 最大开模行程/mm 1000 85 121 4500 6503550 700 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 模具定位孔直径/mm 喷嘴球半径/mm 喷嘴口孔径/mm 700 300 150 18 7.5 注射压力校核

一般塑件的成型压力在70~150MPa范围内，该注射机的公称注射压力P公=121MPa，所以注射压力合格。

3.3设备的型号及选择 3.3.1注射成型工艺[1]

注射成型工艺是塑料成型的一种最常用的方法。它将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热到流动状态，在注射机的柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速，通过喷嘴和闭合模具的浇注系统而充满型腔，经过一定的时间的冷却定型，打开模具，从模内取出成型的塑件。

3.3.2注射机的选用

1) 注射机类型的选择

根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量，选择卧式螺杆注射机。

2）注射机型号的确定

注塑机的型号是根据塑件的外形尺寸、质量大小及型腔的数量和排列方式来确定的。

在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，应对模具所需塑料注射量、注射压力、塑件在分型面上的投影面积、成型时需用的锁模力、模具厚度、拉杆距离、安装固定尺寸及开模行程等进行计算，这些参数都与注塑机的有关性能参数密切相关，如果两者不匹配，

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则模具无法安装使用。因此，必须对两者之间有关参数进行校核，并通过校核来设计模具与选择注射机型号。

3.3.3按照预选型腔数来选择注射机：

模具所需塑料熔体注射量

m?nm1?m2

式中 m------一副模具所需塑料的质量或体积（g/cm3）; n-------初步选定的型腔的数量；

m1------单个塑件的质量或体积（g/cm3) ; m2------浇注系统的质量或体积（g/cm3) ;

首先m2是个未知值，但是流动性好的普通精度塑件，浇注系统凝料为塑件质量或体积的15%～20%。若是流动性不太好或是精密塑件，据统计每个塑件所需浇注系统的质量或体积是制件的0.2倍到1倍，当塑料熔体黏度高，塑件越小，壁越薄，型腔越多又作平衡式布置时，浇注系统的质量或体积甚至还要大。设计中按：

用proe 分析的m1= 12.95g m=12.95*1.2*4=62.16g

锁模力的计算F锁/ kN 计算锁模力的公式： F锁?pcA

式中 pc——型腔平均压力（MPa），非精密级成型时根据塑件的复杂程度及塑料的流动

性好坏，pc常取20~45MPa。其粗略计算式为pc?k2p注，k2为压力损耗系数，通常取0.25~0.5。

A ——塑件及浇注系统在分型面上的总投影（mm）

F ——注射机的额定锁模力（N） 查《塑料成型工艺与模具设计》 表4.1

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（70~90）MPa 得 p注= 取 p注= 90MPa

取 k2= 0.5

pc= 45MPa 故 F锁?FcA?45?3645?164kN 开模行程Sm/ mm

对于单分型面注射模： Sm?H1+H2?(5~10)?S

Sm——完成塑件及流道凝料脱模所需的开模距离（mm）；当有侧向抽芯或分型，

且完成侧抽拔所需模距Hc?H1?H2时，Sm?Hc?(5~10)

H1——塑件的推出距离

；对单分型面注射模，其还应包括流道凝料的高度 H2——塑件高度（mm）

S —— 注射机最大开模行程（mm）。 故 Sm=75 mm

根据以上计算结果，选择注塑机型号为Battlefield BC_T_1500/630。 按注射机的最大注射量校核型腔数量

在选取注射机型号后，再根据注射机的性能参数（注射机的塑化速率、最大注射量及锁模力）、塑件精度等级（在模具中每增加一个型腔，塑件精度要下降4%）等来校核型腔的数量。

以下按注射机的最大注射量来校核型腔数量：

n?KG?m2

m113

式中 K――注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；

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G――注射机允许的最大注射量（g或cm3）。

n? ∴符合要求。 注射压力的校核

KG?m20.8?125?0.2?9.96??9.8 m19.96 该项工作是校核所选注射机的额定压力Pe能满足塑件成型时所需要的注射力Po，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素所决定，在生产实践中其值一般为70Mpa～150Mpa。设计中要求

pe?k?po

式中 k’ ——注塑压力安全系数，一般取k’＝1.1-1.2 取k’＝1.15, Po?110Mpa

k?po?1.15?110?103.4?116(Mpa)

∴符合要求。

注射机安装模具部分相关尺寸的校核

不同型号的注射机安装部位的形状和尺寸各不相同，设计模具时应对其相关尺寸加以校核，以保证模具能顺利安装。需校核的主要内容有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具的最大与最小厚度及安装螺钉孔等。 (1)喷嘴尺寸

注射机喷嘴头一般为球面，其球面半径R与相接触的模具主流道始端凹球面

半径 R凹＝R+(1～2)mm。(详见主流道设计) (2)定位圈尺寸

模具安装在注射机上必须使模具中心线和料筒、喷嘴的中心线相重合，定位圈与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合（H8/e8）。定位圈的高度，对小型模具为8mm～10mm，对大型模具为10mm～15mm。此外，对中小型模具一般只在定模座板上设置定位圈，对大型模具可在定、动模座板上同时设置定位圈。本设计属中小型模具，只在定模座板上设置定位圈。（详见定位圈与浇口套设计）

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(3)模具厚度

模具厚度Hm也称模具闭合高度，必须满足:

Hmin < Hm < Hmax

式中 Hmin－注射机允许的最小闭合高度即动定模之间的最小开合距离（mm）；

Hm——模具闭合高度（mm）；

Hmax—注射机允许的最大闭合高度（mm）。

即 200

定模底板的厚度： 25 mm； 定模的厚度： 40 mm； 动模的厚度： 32 mm； 支撑板的高度： 25 mm； 垫块的高度： 63 mm； 动模底板的厚度： 25 mm。

Hm?25?2?25?40?63?32?210mm

经计算符合要求。

（4）模具长、宽尺寸与注射机拉杆距离的关系

模具安装有两种方式，即从注射机上方直接吊入机内进行安装，或者先吊到侧面再由侧面推入机内进行安装，为安装方便，应使模具尺寸与注射机拉杆间距离（拉杆中心距――拉杆直径）小于10mm。

（5）模具与注射机的安装关系

模具的安装固定形式有压板式和螺钉式两种。压板式安装灵活而被广泛采用，而螺钉式需模座上的孔和模板上的孔完全吻合，安装比较麻烦，但对于大型模具的安装，这种安装安全可靠。本设计中采用这两种安装方式足以。

第四章 成型零件的设计

直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑料外形的成型零件称为凹模，构成塑件内部形状的成型零件称为凸模（或型芯）。由于凹、凸模件直接与高温，

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高压的塑料接触，并且在脱模时反复与塑料摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。[3]

4.1成型零件的结构设计

4.1.1 凹模的结构

（1）整体式凹模

直接在模架板上开挖型腔。其优点是加工成本低。但是，通常模架的模板材料为普通的中碳钢，用做凹模，使用寿命短，若采用好的材料模板制作整体凹模，则制作成本高。通常，对于成型 1万次以下塑件的模或塑件精度要求低，形状简单的模具可采用整体式凹模结构。

（2）整体嵌入式凹模

将稍大于塑件外形（大一个足够强度的闭厚）的较好材料（高碳钢或合金工具钢）制作成凹模，再将此凹模嵌入模板中固定。其优点是“好钢用在刀刃上”。既保证了凹模的使用寿命，又不浪费价格昂贵的材料。并且凹模损坏后，维修、更换方便。 3）局部镶拼式凹模

对于形状复杂或某局部易损坏的凹模，将难于加工或易损坏的部分设计成镶拼形式，嵌入型主体上。既节省了工具钢，又易于更换损坏的凹模。 （4）四壁拼合式凹模

对于大型的复杂的凹模，可以采用将凹模四壁单独加工后镶入模套中，然后再和底板组合。这样既易于加工又省料。

4.1.2凸模结构

（1）整体式凸模

这是形状最简单的型芯，用一块材料加工而成，结构牢固，加工方便，但仅适用于塑料件内表面形状简单的情况。 （2）嵌入式凸模

主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。最常使用的嵌入形式是型芯带有凸肩，型芯嵌入固定板的同时，凸肩部分沉入固定板的沉孔部分，再垫上垫板，并用螺钉将垫板和固定板连接。

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（3）异形凸模结构形式

对于形状特殊或结构复杂的凸模，需要采用组合式结构或特殊固定形式，但应视具体形状而定。

（4）小型芯安装固定形式

直径较小的型芯，如果数量较多，采用凸肩垫板安装方法较好。若各型芯之间距离较近，可以

在固定板上加工出一个大的公用沉孔。因为对每个型芯分别加工出单独的沉孔，孔间距较薄，热处理时易出现裂纹。各型芯的凸肩如果重叠干涉，可将相干涉的一面削掉一部分。对于单个小型芯，既可以采用凸肩垫板固定方法，也可以采用省去垫板的固定方法。凸肩垫板固定方法，为了安装方便，将固定部分仅留 3~5mm配合段防止塑料进入，固定孔长度的其余部分扩大0.1 ~ 1mm。

整体式凸模结构浪费材料太大且切削加工量大，在当今的模具结构中几乎没有这种结构，主要是嵌入式凸模和镶拼组合式凸模。本设计的的凸，凹模设计成整体嵌入式，如图，这样既保证了凹模的使用寿命，又不浪费价格昂贵的材料。并且凸、凹模损坏后，维修、更换方便。如图4-1,4-2所示

图4-1

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图4-2

4.2浇注系统的设计

浇注系统是指塑料熔体自注射机的喷嘴射出后到达入模具的型腔以前在模具内所流径的一段路程的总称,浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良的性能和理想外观的塑料之间以及最佳的成型效率有直接影响，是模具设计工作者十分重视的技术问题。 普通浇注系统主要是由主流道、分流道、浇口、冷料穴和排气槽或溢流槽等部分组成[12].

4.2.1确定浇注系统的设计原则

在设计浇注系统时，首先选择浇口的位置，浇口位置选择恰当与否，将直接关系到塑件的成型质量及注射过程是否能顺利进行。浇道及浇口位置的选择应遵循以下原则：

（1）设计浇注系统时，流道应尽量减少弯折，表面粗糙度为Ra0.8?m~1.6?m。 （2）应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔布局设计，尽量与模具中心线对称。

（3）单型腔塑件投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口，不然会造成注射时模具受力不均。

（4）设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑件上不留痕迹。 （5）一模多腔时，应防止将大小悬殊的塑件放在同一副模具中。

（6）在设计浇口时，避免塑料熔体直接冲击小直径型芯及嵌件，以免发生弯曲、折断或移位。

（7）在满足成型排气良好的前提下，要选取最短的流程。这样可缩短冷却时间。 （8）能顺利地引导塑料熔体填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料熔体涡流、紊流现象，使型腔内地气体顺利排出模外。

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（9）在成批生产塑件时，在保证产品质量的前提下，要缩短冷却时间及成型周期。 （10）若是主流道型浇口，因主流道处有收缩现象，若塑件在这个部位要求精度较高时，主流道应留有加工余量或修正余量。

（11）浇口的位置应保证塑料熔体顺利流入型腔，即对着型腔中宽敞、厚壁部位。 （12）尽量避免使塑件产生熔接痕，或使其熔接痕产生在塑件不重要的部位。

4.2.2主流道的设计要点

（1）为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用??2?~4?的圆锥孔。对流动性较差的塑料也可取得稍大一些，但过大则容易引起注射速度缓慢，并容易形成涡流。本设计中取??3?。

（2） 浇口套与塑件注射区直接接触时，其出料端端面直径D应尽量选得小些。如果D过大，即浇口套与型腔的接触面积增大，模腔内部压力对浇口套的反坐力也将按比例增大，到一定程度时浇口套则容易从模体中弹出。

（3）浇口套的材料应选用优质钢T8A，并应进行淬硬处理，为了防止注射机喷嘴不被碰撞而损坏，浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度，锥孔内壁粗糙度Ra为0.63μm。以增加内壁的耐磨性，并减小注射中的阻力。圆锥孔大端处应有γ＝1°～2°的过渡圆角，以减小料流在转向时的流动阻力。

（4）浇口套与注射机喷嘴头的接触球面必须吻合。由于注射机喷嘴头是球面，半径SR是固定的，所以为使熔融塑料从喷嘴完全进人主流道而不溢出，应使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，一般地其半径Sr＝SR +（0.5～1）mm，而圆锥孔的小端直径d则应大于喷嘴的内孔直径d1，即d＝d1 +（0.5～1）mm，端面凹球面深度L2取3～5 mm。球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道凝料顺利脱模[6]。 （5） 定位环是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套与注射机的喷嘴对中定位。定位环的外径D1应与注射机的定位孔间隙配合。其配合间隙为0.05～0.15mm，定位环厚度5～10mm，即小于注射机定位孔的深度。

（6）浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。

（7） 在可能情况下浇口套长度L应尽量的短，L越大其压力损失越大，使物料降温过大，影响注射成型。主流道尽量不采用分级对接形式。

4.2.3主流道的设计

主流道是熔融塑料由注射机喷嘴喷出时最先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴心

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线上。由于主流道与熔融塑料和注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般浇口不直接开设在定模上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或迫合形式固定在定模板上。主流道的基本结构和安装形式如图5－1所示。 1)主流道形状尺寸的确定

流道的形状一般为圆锥形,某小端直径应大于注塑机出口直径的0.5～1左右其锥角一般要2°～4°,主流道大径和小径尺寸经查阅《实用模具设计与制造手册》，查得主浇道尺寸如表4-1

表4-1主流道部分尺寸[10] （mm）

符号 d

名称 主流道小端直径 尺寸 注射机喷嘴直径＋（0.5～1） SR h a L D

计算主流道尺寸： d=3＋1=4mm Sr=10+1=16mm h=4mm a=2○

L=40mm D=d+2L2tg?≈5mm 2) 主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套都是标准件，只需去买就行了。常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种，本设计中选用的是前者。有托浇口套用于配装定位圈。

如图4-3

主流道球面半径 球面配合高度 主流道锥角 主流道长度 主流道大端直径 喷嘴球面半径＋（1～2） 3～5 2○～4○ 尽量≤60 d＋2L2tg? 20

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图4-3 主流道衬套

4.2.4 浇口位置的选择

模具设计时，浇口位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，

无论采用何种浇口，在开设位置对塑件成型性能及质量影响最大，因此合理选择浇口位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择。

4.2.5 排气系统的设计

当塑料熔体充填型腔时，必需顺序地排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热而产生的气体。如果气体不能被顺利地排出，塑件会由于充填不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺点；甚至因气体受压而产生高温，使塑料焦化。

由于塑件属于中小型制件，且模具为单型腔模具，所以本设计采用利用配合间隙排气的方法，即利用分型面之间、推出机构与模板之间的配合间隙进行排气。间隙值为0.03mm～0.05mm。

4.3成型零部件的结构设计与计算

模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。成型零件包括凹模、型

芯、镶件、成型杆和成型环等。成型过程中成型零件受到塑料熔体的高压作用，流料的冲刷，脱模时与塑件间发生摩擦。因此，成型零件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，此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工工艺性，具有足够的强度、刚度和表面硬度。

4.3.1成型零件的结构设计

主型芯按结构可分为整体式和组合式两种，整体式主要用于小型模具上的简单型芯。

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一般模具的型芯都采用单独加工，然后镶入模板中。采用一定结构或方式对型芯进行周向或轴向定位。为了方便加工，形状复杂的型芯大多采用镶拼式组合结构[17]。

小型芯成型塑件上的小孔或槽。小型芯单独制造，然后镶入模板中。对于异型芯，为了方便加工，常将型芯设计成两段，用凸肩和模板连接。

4.3.2成型零件的工作尺寸计算[7]

成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有凹模、型芯的径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽）、型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸、型芯和型芯之间的中心距尺寸等。任何塑件都有一定的集合形状和尺寸精度的要求，如有配合要求的尺寸，则精度要求较高。在模具设计时，应根据塑件的尺寸精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂，这些因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。影响塑件工作尺寸精度的主要因素有如下几个方面。

塑件收缩率所引起的尺寸误差 ，材料采用最大收缩率0.8%，最小收缩率0.3%，平均收缩率0.55%的ABS。

模具成型零件的制造误差 。 模具成型零件的磨损 。

模具安装配合的误差 。一般情况下，前三点是影响塑件尺寸精度的主要因素。常用按平均收缩率、平均磨损量和模具的平均制造公差为基准计算模具成型零件尺寸。

4.3.3型芯的尺寸计算

本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平

均磨损量来进行计算，已给出这ABS的成型收缩率为0.005，模具的制造公差取δz =Δ/3。因本设计塑件的尺寸精度为MT3，即如表4-2

表4-2 型腔型芯工作尺寸的计算

类别 型腔尺寸计算 型芯Lm Ls =50 Hm Lm 塑件基本尺寸 Hs =14 Ls =54 计算公式 Hm=(Hs+Hs.S -2/3Δ)0+δz Lm=(Ls+Ls.S -3/4Δ)0+δz Lm=(Ls+Ls.S +3/4Δ)0-δz 22

? =0.6 mm。

模具尺寸 0.1312??0.33 0.0254??0.18 0.351??0.5

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尺寸计算 中心距尺Hm Hs =12 Hm=(Hs+HsS+2/3Δ)0-δz 0.46 12??0.26 Cm Cs =9 Cm=（1+S）Cs?δz/2 0.145 9??0.055寸计算

型腔侧壁厚度和底板厚度的计算 1）型腔侧壁厚度的计算[3]

根据圆形整体式型腔的侧壁厚度计算公式：

S?3cpH41E??? mm ①

式中：S——矩形型腔侧壁厚度(mm)

P——型腔压力(Mpa) l——型腔侧壁边长（mm） c——由H1/l 决定的系数 c=0.93

E——模具材料的弹性模量(公斤/毫米) H1——承受塑料压力部分的侧壁高度（mm） [δ]——刚度条件，即允许变形量(mm) 将以上各数代入式得： 4 S?3cpH?1E???127 mm

2）底板厚度的计算公式如下： , h?3cpb4E??? 将各参数代入式中得：hs≥20mm

4.3.4合模导向定位结构[12]

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取p= 45 l= 95 取 E= 2.13109H1= 32 取 [δ]= 0.01 南通大学毕业设计（论文）

导柱与导柱孔之间采用间隙配合H7/f7，而导柱与安装固定孔之间采用的是过渡配合H7/k6，导套与安装固定孔之间也是过渡配合H7/k6（固定方式如图3-5）。该导柱采用T8A材料，淬火后硬度为HRC50～55。导柱的工作表面的粗糙度一般不大于Ra0.63～1.25μm。 1) 导柱的布置

本注塑模具的导柱取4个，布置如图4-3

图4-3 模具中导柱的布置

本导套采用台肩式导套使用导套的目的是为了在导柱孔磨损后便于更换。结合模具的具体结构和查阅国家标准GB4169.3-84得：

d＝25mm, d1=35mm,d2=35mm, D=32mm，S=10mm,L与L1按需选取。其中导套的外径与安装孔之间采用过渡配合H7/k6。导柱孔的硬度应比导柱低一些。

4.4模架的确定

1) 标准模架的选用

以上的设计内容确定之后，模具的基本结构形式已经确定，根据所定内容确定选用标准模架A2。这种形式的模架适用于薄壁壳体类塑件的成型以及脱模力大，塑件表面不允许留有推出痕迹的注射成型模。 2) 模架的尺寸确定

模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。

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本设计根据塑件在分型面上投影面积或周边尺寸（型腔不带嵌件），以塑件布置在推杆推出范围之内及复位杆与型腔保持一定距离为原则来确定模架大小。

塑件投影宽度 B??B2?10

塑件投影长度 L??lt?d(复位杆直径）?30 式中常数10——为推杆与垫块之间的双边距离； 20——为复位杆与型腔之间的双边距离。 本设计中，

120?B2?10 得 B2?130，所以B＝250，d＝15；

240?lt?16?30得lt?299，所以L＝400。

故所选模架为B3L＝2503400，A2型模架。模架结构如图4-4

图4-4 模架结构

且经查《实用模具设计与制造手册》得模架部分参数[14]：

定模底板的厚度： 25mm； 定模的厚度： 40mm； 动模的厚度： 32mm； 支撑板的高度： 25mm； 垫块的高度： 63mm； 动模底板的厚度： 25mm。

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第五章 结论

最后，得到的注塑模三维造型和注塑模主视图分别如图5-1、5-2、5-3所示。

图5-1 注塑模的三维造型

图5-2 注塑模的主视图

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图5-3注塑模的爆炸展开图

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参考文献

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[17]K. S. Havner .Finite Plastic Deformation of Crystalline Solids[M]. Cambridge University Press，2010?

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致 谢

本文是在导师周旭教授的悉心指导下学习到的技术还是明白的为人处世的道理，虽然毕业设计已经结束了，但是毕业设计留给我的东西，都是我一生都受用不尽的。在毕业设计中，我得到了他们的悉心指点，我真的万分感谢。同时，我也非常感谢大学四年里所有关心和教育过我的老师，你们教导我的话语，我一直铭记心中，并将激励我在将来的生活中不断的努力。

在本论文完成之际，谨向辛勤指导过我的导师和帮助过我的同学表示诚挚的敬意和由衷的感谢！

在老师的指导下,我通过自学林清安教授的PRO/E教学视频，对模具设计有一定程度的认识.加上课外书籍的阅读和参观实习，对模具的了解越来越多,这次毕业设计给了我一个很好的学习机会,我搜集了大量的资料.在图书馆借了数本有关注塑料模方面的书，认真仔细地看过多遍，并且做了笔记. 这都为我以后的设计工作打下了坚实的基础.

曾经在一家塑料密封件厂实习,我看了师傅设计和装配模具,我还亲手拆装了几套模具.进行了分析与研究,向师傅们请教.使我对注塑行业也有了一定的了解,并对注塑模具有了一定的感性认识.

在进行设计与绘图的时候,我查阅了大量的资料.对每一个零件的尺寸,对每一个部件的安装位置,对每一个动作运动机理,进行了深入的分析下研究,并和指导老师及同学进行了探讨.尽可能完善每一个设计过程.。我是用AUTOCAD与PRO/E进行绘图。这使我能更加熟练地运用这两种软件。由于人的知识有限，在设计过程中，经验不足，在某些地方的设计与实际相脱离或者在某些地方的设计不完美，希望老师能予以指正。

三个月的设计业已结束，在这个过程中，我对模具设计及塑料行业有了一定了解学到了很多的知识。培养了我严谨的工作作风，精益求精的工作态度。并锻练了我的意志。毕业设计任务即将完成 ，我学到的东西还很多，使大学四年所学的书本知识与实际生产相结合，加深了理论的理解，提高了动手能力，在将来的工作中能够做到得心应手。乘风破浪会有时，直挂云帆济沧海。

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