×××尾盖的塑料模具设计与制造

1 前言

1．1 塑料模具设计的意义

随着我国济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。模具在国民生产中的具有重要地位：模具是制造业中一种基本的工艺装备。在工业制品中，各种金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷、粉末冶金、复合材料等制品的生产都离不开模具。工业生产中用模具生产零件，具有生产效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低等优点[1]。模具生产在国民经济中占有很重要的地位，模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的一个重要标志。模具的主要类型有冲模、锻模、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模等。其中塑料模具约占模具总数的33％，塑料模具以压塑模、挤塑模、注塑模为主，而注塑模又占塑料成型模具的二分之一以上，故研究注塑模具的设计制造具有重要的工程意义[2]。

1．2 我国模具生产发展现状与发展趋势

1、我国模具工业自解放以来一直飞速发展。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为600亿美元，日、美等工业发达国家的模具工业产值已超过机床工业。近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展。2003年，我国模具总产值超过50亿美元，总量排名紧随日本、美国，居世界第三，出口价值3.368亿美元，同比增长33.5％。

2、模具生产技术发展迅速，但是与发达国家相比，差距明显。

（1）冲模 以大型覆盖件冲模为代表，我国已能生产部分轿车覆盖件模具。在设计制造方法、手段上已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，与国外多工位级进模和多功能模具相比，仍存在一定差距。

(2)塑料模 我国塑料模具工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大的发展,在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具!6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。精密塑料模具方面，已能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具，还能生产厚度仅为0.08毫米的1模2腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。内热式或外热式热流道装置得以采用，少数单位采用了具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完全消除了制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在精度方面，塑料模型腔制造可达0.02～0.05毫米（国外可达0.005～0.01毫米），分型面接触间隙为模板的弹性变形为0.05毫米，分型面的表面粗糙度值为Ra0.2～Ra0.25μm，塑料模寿命已达100万次（国外可达300万次）模具制造周期仍比国外长2～4倍。这些标志着模具总体水平的参数指标与国外相比尚有较大差距。

（3）压铸模 总体水平有了较大提高。压铸模制造精度可达0.02～0.05mm（国外为0.01～0.03毫米），型腔表面粗糙度值为Ra0.4～Ra0.2μm（国外为Ra0.02～Ra0.01μm），模具制造周期为中小型模具为3～4个月，中等复杂模具为4～8个月，大型模具为8～12个月，约为国外的2倍。模具寿命：铝合金铸件模具一般为4～8万次，个别可超过10万次，国外可达8～15万次以上。

（4）模具CAD/CAM 技术 CAD/CAM技术有了很好的发展和普及，国产计算机辅助设计软件有了一定发展，但还处于较低水平。

（5）模具标准件 得到了推广和应用，标准化程度还有待提高。

（6）模具材料与热处理 国内模具钢品种规格不合理状况有所改善，模具钢质量有较大程度的提高。但国产模具钢钢种不全，不成系列，多品种、精料化、制品化等方面尚待解决。另外，还需要研究适应玻璃、陶瓷、耐火砖和地砖等成型模具用材料系列。模具热处理国内大部分企业在模具淬火时仍采用盐熔炉或电炉加热，由于模具热处理工艺执行不严，处理质量不高，而且不稳定，直接影响模具使用寿命和质量。近年来，真空热处理炉开始广泛应用于模具制造。

3、新世纪模具发展的趋势如下：

（1）CAD/CAE/CAM技术广泛应用，并向集成化、智能化、网络协作化方面发展。

（2）模具制造向精密、高效、复合、多功能方向发展。

（3）快速经济制模技术得到应用。 （4）特种加工技术进一步发展。 （5）模具自动加工系统研制与发展。 （6）模具材料及表面处理技术发展迅速。 （7）模具新工艺技术发展。 1．3 本课题需要解决的问题

本课题研究的是×××尾盖的塑料模具设计与制造，此塑料尾盖尺寸大，注塑量大，精度要求较高，并且有半封闭型腔，成型比较困难。此塑件产品结构比较复杂，用其他的方法根本无法成型。因此，讨论塑件材料的选择，塑件结构的改进，以及模具设计制造，注塑工艺的控制，塑件成型后机械加工，控制模具的成本具有积极意义，力求在满足使用条件的前提下，通过合理改进塑件结构，优化模具设计，避免塑件出现缩孔、翘曲等缺陷，减少塑件的机械加工，提高生产效率，降低生产成本。 1．4 说明书内容安排

本设计说明书共十四章，第一章前言，第二章到第十二章为具体设计内容，其中第二章塑件工艺性分析，第三章模具结构形式的确定及浇注系统的设计，第四章成型零件的结构设计，第五章模架的确定和标准件的选择，第六章合模导向机构的设计，第七章脱模推出机构设计，第八章复位装置的设计，第九章侧向分型机构设计，第十章排气系统的设计，第十一章温度调节系统的设计，第十二章典型零件的制造工艺。第十三章模具的动作过程，第十四章结束语。

2 塑件工艺分析

2．1 塑件结构工艺性能分析分析

从塑件的原图上可知该塑件壁厚较厚，达到5毫米，手柄处厚度甚至超过10毫米，达到了12mm；尺寸较大，最大处直径为340mm；精度要求太高，为精密级别三级精度；并且有半封闭型腔，需要设计活动型芯，脱模困难。塑件侧壁有一小凸起，不能直接脱模，需要设计侧向分型机构。表面粗糙度没有特别要求,可以不用考虑，选择一般要求就可。

塑件结构的特殊性，给塑件成型工艺的确定，以及模具成型零件的加工造成一定困难，现将塑件结构进行一定的改进，使其在满足使用要求的前提下，提高塑件的成型性能，提高生产效率，节约成本，提高经济效益。 2．2 塑件结构的改进

由于该塑件主要的工作尺寸在凸起处，其他的结构外形都是辅助作用，而该塑件在设计时显然对工艺性能估计不足，因此有必要对它们进行一定的改进。 1) 塑件壁太厚，浪费材料，而且造成成型困难，生产效率下降，因此，把手柄内腔，尾盖底面尺寸厚度改成3.5mm。

2) 手柄尺寸12mm太厚，成型时容易造成缩孔，而改小后使用不方便，考虑到手把主要用处是安装在配套零件上以后便于取出，因此，在手把外表面设计一个凹槽，使厚度减少，提高成型工艺性能。

3) 手柄内凹，圆角设置不合理，塑件壁厚不均匀，因此取内圆角半径为R10mm，外圆角半径为R13.5mm，使圆角处壁厚均匀为3.5mm。

4) 尾盖上端面手柄处两个半圆边沿的圆角，设计图纸为手把处为R5mm,半圆处为R15mm，在实体造型时发生干涉，建议统一为R5mm。便于实体造型，同时也有利于模具加工和注塑成型。

5) 尾盖外圆凸台，图纸尺寸为单边高为1.3mm，尾盖产生的弹性变形不足以满足装入尾盖试验件孔内。而且凸台直径为336.6mm，公差为0.2mm， 查表2.1可知，该塑件精度等级过高，将造成加工困难，成本高。由于拟定选择ABS作为该塑件的材料，而由塑件推荐使用精度等级可知，该塑件可以选择一般等级，四级精度，公差值为1.2mm，因此，将整圈的凸起设置成八个小段，均匀布置在圆

周上，各小段的长度约为30mm。并且在成型以后，可以考虑在沿着塑件圆周开一些小槽，以此解决弹性不足的问题，同时也可以减低精度要求。

6) 塑料端盖外端面，圆周尺寸精度要求太高，考虑到该尺寸非工作尺寸可以适当选择一般精度等级，即六级精度。公差取2.4mm。 具体的改进内容见附图塑件改进图。

表2.1 塑件推荐选用精度

[3]

经过改进的尾盖塑件实体造型[4]如下：

图2.1 改进尾盖塑件造型

2．3 塑件材料的选择

3 模具结构形式的确定及浇注系统的设计

模具总体设计的任务是模具结构形式及注射机的初步确定，浇注系统的形式和浇口位置的选择，成型零件的设计，脱模推出机构的设计，侧向分型和抽芯机构的设计，合模导向机构的设计，以及温度调节系统的设计，为各个部分的零件设计，装配图设计做准备。本章主要讨论模具结构形式及注射机的确定，浇注系统的设计。

3．1 型腔数量以及排列方式的确定

通过对塑件结构的改进，又因选择ABS工程塑料为原料，客户对产品的型腔数目没有特别要求，考虑到该产品的生产批量不大，产品尺寸大，产品体积质量较大，要求注射量多，而且该塑件最后还有侧向分型，活动型芯。综合脱模方式，加工成本等因素考虑，最终选择一模一腔的模具形式。 3．2 分型面位置的确定

由于该塑件具有凸起，需要侧向抽芯，而封闭型腔需要活动型芯，因此，分型面的选择比较复杂。

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：

1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。

4 成型零件的结构设计

成型零部件是指构成模具型腔的零件，通常有型腔、型芯、各种成型杆和成型环。对于该模具成型零件主要有定模模仁、瓣合模、动模型芯等。 4．1 成型零件工作尺寸的计算

所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部位的尺寸。工作尺寸的计算受塑件尺寸精度的制约，影响塑件尺寸精度的因素很多，而且十分复杂，其中收缩率和模具精度对塑件尺寸影响最大，因此塑件尺寸难以达到较高的精度。

为了计算简便，规定凡是孔类尺寸均以最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，公差为负。计算公式[8]有：

①．型腔径向尺寸：?LM?00??Z????1???LS??0.5~0.75????00??Z

②．型芯径向尺寸：?lM???????1???lS??0.5~0.75??????

ZZ③．型腔深度尺寸：?HM?00??Z????1???HS??0.5~0.65????00??Z

④．型芯高度尺寸：?hM???????1???hS??0.5~0.65??????

ZZε——塑料的平均收缩率，该处取0.005。 x ——取值范围为0.5～0.75，该处取0.6。

Δ——该塑件的公差。对于该塑件酌情取五级到六级公差。

δ——模具成型零件的制造公差（其他因素忽略，当尺寸小于50mm时，δ=?，当塑件尺寸大于50mm时，δ=?。

45114．1．1 定模模仁部分

定模部分主要有三个成型尺寸，都为未注公差，选择一般精度。

Ds1??160?1.4Hs1?46.50?1.200ds2??326?1.2 hs2?25?0.24所以模具尺寸为： 由?LM?0??Z0????1???LS??0.5~0.75????0??Z+0.28 得DM1= ?159.960

由?HM?0??Z????1???HS??0.5~0.65????0??Z?0.3得HM1=46.00

0由?lM???????1???lS??0.5~0.75?????? 得dM1=?328.35-0.24

ZZ000由?hM????? 得h= 1??h?0.5~0.65?25.27?M1????-0.06S????ZZ00由于采用的是模仁结构，设计大大的简化，根据上面的尺寸，模架考虑，模具本身强度以及刚度，定模模仁的结构示意图如下，详细图见图0000－03。

图4.1 定模模仁示意图

5 模架的确定和标准件的选择

根据前面的分析、计算，可以选定标准模架。考虑到该塑件没有什么特别的结构形式和脱模要求，而现在社会上有专业的模架生产厂商，该成型零件选用模架生产厂家的标准模架，这样可以大大缩短模具制造周期，提高经济效益。

模架尺寸确定以后，对模具的有关零件要进行必要的刚度和强度计算，以校核所选择模架是否适当，尤其对于大型模具。

下面根据零件的结构可以选择模架。

对于该塑件，利于AUTOCAD中的模具设计插件，我们选用龙记（KLM）标准模架，模胚类型为大水口，模胚型号为AI型，模胚规格为6565，A板厚度为70mm，B板厚度为70，C板厚度为150mm，AB板间距为0，导柱位置为动模，模胚总重量为1318.2Kg,模胚最大尺寸为750×650×590，内模胚最大尺寸为410×530。

模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉，模具外表面尽量不要有突出部分，模具内表面应光洁，加涂防锈油，两模板之间应有分模间隙，即在转配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。 5．1 定模座板（750mm×650mm、厚35mm）

定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。

通过六个M20的内六角圆柱螺钉与定模板固定相连，定位圈通过四个M8的内六角圆柱螺钉与其连接，定模板与浇口套为H8/f8配合。 5．2 定模板(650mm×650mm、厚70mm)

用于固定定模型芯，导套。固定板应有一定的厚度，并且有足够强度，一般选用45钢或者Q235A制成，最好调质230HB-270HB。本模具选用45钢，调质为230HB-270HB。

其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合；定模板与浇口套采用H8/m6配合；定模板与定模型芯采用H7/m6配合。 5．3 支承板（650mm×650mm、厚90mm）

支撑板应有较高的平行度和硬度，该套模具的动模型芯放置在支承板上，所以，支承板材料选择为45钢，调质230HB-270HB。

推杆孔与塑件推杆采用间隙配合。

5．4 垫块（120mm×650mm，厚为150mm）

1）主要作用

在动模板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机模具安装厚度的要求。

2）可以是平行垫块或者拐角垫块，该模具采用平行垫块。 3）垫块材料

垫块材料为Q235A，也可以采用HT200、球墨铸铁等，该模具采用Q235A，制造。

4）垫块高度h校核

h＝h1＋h2＋h3＋s＋δ＝5＋30＋25＋50＋6＝111mm，符合要求。 h1——顶出板限位钉的厚度，该模具限位钉的厚度为5mm。 h2——推板厚度，为30mm。 h3——推杆固定板厚度，为25mm。 s——推出行程，为50mm。

δ——推出行程富余量，一般为3mm——6mm，取6mm。 5．5 动模座板(650mm×650mm、厚70mm)

材料为45钢，其上的注射机顶杆孔为直径30mm，其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。 5．6 模套

瓣合模通过矩形导滑槽在模套中滑行，以完成侧向分型和合模复位。材料为45钢。该模具的模套采用的是与动模做成整体式，其上的导柱孔与导柱为H7/k6配合，有利于合模时压紧，模套厚度应稍小于瓣合模厚度，（28.5mm），取28mm。 5．7 推板（650mm×400mm，厚度30mm）

材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用4个M12内六角圆柱螺钉与推杆固定板固定。

5．8 推杆固定板（650mm×400mm，厚度25mm）

材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合。

图5.1 模架示意图

6 合模导向机构的设计

当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只需按照模架规格选用即可，若需采用精密导向定位装置，才需设计人员根据模具结构进行具体设计。对于该模具不需要设计导向机构，为了更清楚的了解本套模具，在此对其进行必要的叙述解释。 6．1 导向机构的总体设计

1) 导向零件应该合理均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心到模具

边缘应有足够的距离，以保障模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。 2) 模具采用四根导柱，其布置为等直径导柱对称布置。 3) 该模具导柱安装在支承板和模套上，导套安装在定模板上。

4) 为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑槽，即可削

去一个面或在导套的孔口倒角，该模采用后者。

5) 在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。 6) 定模模板采用合并加工时，可以确保同轴度要求。 6．2 导柱设计

1) 该模具采用带头导柱，加油槽。 2) 导柱长度必须比凸模端面高出6～8mm。

3) 为了使导柱顺利进入导向孔，导柱的端面常做成圆锥形或球形的先导部分。 4) 导柱的直径应根据模具的尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱

的直径由标准模架可知为直径mm。

5) 导柱的安装形式，导柱固定部分与模板安装按H7/k6配合，导柱滑动部分按

H7/f6配合或H8/f7的间隙配合。 6) 导柱工作部分的粗糙度为Ra＝0.4μm。

7) 导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗

碳淬火处理，或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火。低温回火，印度为50HRC以上。 6．3 导套设计

导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动模定模的相对位置，保证模具运动导向的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种：直导套（GB/T4169.2-1984）、带头导套（GB/T4169.3-1984）。 1) 结构形式。采用带头导套（I型）。

2) 导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。 3) 导柱孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为0.4μm。导套外径与模板一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/e7配合，镶入模板。 4) 导套材料采用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。 6．4 推板导柱与导套设计

顶出装置在模具内往复运动，除了配合外其余部分都处于浮动状态，顶出板和顶出固定板的重量不应作用在推杆上，而应该由顶出系统的导向零件来支撑，顶板的导向有三种形式：

1) 利用回程杆导向。对于顶出距离不大、生产批量小的模具，可借助回程杆导

向和支撑，但是要注意，回程杆的滑动配合面应加长，以减少滑动面上的压强，回程杆与动模板的配合间隙应小于推杆与动模板的配合间隙。 2) 利用模脚导向。如图6.1所示，当顶出距离较大，但推杆数量不多，而且对

称封闭的情况下，可利用模脚侧面作为顶出板的导轨，此时A面与分型面应有良好的垂直度。

图6.1 模角导向

3) 增设导柱导向。导柱、导套作为推杆固定板的导向，是最精确的形式。当顶

出板受力不均衡或推杆必须有精密导向的场合采用这种形式的。如图5.2所示，其中图6.2（a）和图6.2（b）的导柱还起支撑中间垫板的作用。生产批量小、顶杆数量少的模具，顶出系统可以不用导套，如图6.2（a）所示，图6.2（c）导柱固定板在上，因而加工方便，是一种常见的结构形式。

图6.2

本设计，模具采用图6.2（b）所示形式。推板导柱除了起导向作用以外，还支承着支承板从而改善了支承板的受了状况，大大提高了支承板的刚性。该套模具设置了4套推板导柱导套，它们之间采用H8/f7配合。

7 脱模推出机构设计

注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或成型型芯上脱出，完成推出塑件的装置称为脱模机构，也可称为推出机构。 7．1 脱模推出机构的设计原则

塑件推出是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。

在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：

1) 推出机构应尽量设置在动模一侧。 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。

2) 保证塑料不因推出而变形损坏。为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。 3) 机构简单、动作可靠。推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。

4) 良好的塑件外观。推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。

5) 合模时准确复位。设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。 7．2 塑件推出的基本方式 1) 推杆推出

推杆推出是一种基本的、也是一种常用的塑件推出方式。常用的推杆形式有圆形、矩形、阶梯形。 2) 推件板推出

对于轮廓封闭且周长较长的塑件，采用推件板推出结构。推件板推出部分的形状根据塑件形状而定。 3) 气压推出

对于大型深型腔塑件，经常采用或辅助采用气压推出方式。

对于本套模具的推出机构形式比较复杂，采用推件板推出。因为该塑件在分型面上投影面积较大，塑件对包紧力较大，要求塑件不变形，不损坏，合模时能很好的复位。第一次分型的时候，塑件在瓣合模和动模型芯的包紧下和带动下，与定模分开；第二次分型的时候，瓣合模在液压分型机构的带动下完成侧向分型，而后塑件推件板塑件使其脱离型芯。 7．3 尾盖塑件推出机构

该塑件采用的是圆形推件板推出，推件板直径等于塑件最大面直径，推件板推出过程中为了减少推件板与型芯的摩擦，推件板与型芯间留出0.2mm～0.25mm的间隙，本设计中取0.2mm，并采用锥面配合，以防止推件板因偏心而溢料。 7．4 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要施加的外力，需要克服塑件对型芯的包紧力、真空吸力和脱模机构本身的阻力。

脱模力是注射模脱模机构设计的重要依据。其计算方法有简单估算法和分析计算法。下面应用简单估算法对该套模具的脱模力进行计算。

脱模力Qe由两部分组成。

Qe＝Qc＋Qb

式中：Qc——塑件对型芯的包紧力(N)

Qb——使封闭壳体脱模需克服的真空吸力(N)，Qb＝0.1Ab，这里0.1

系数单位是取MPa，Ab为型芯的横截面积（mm2）。

壳体塑件的脱模阻力通常按照薄壁和厚壁两种类型考虑，每种类型再根据断面几何形状进行计算。

薄壁壳体形塑件，指塑件壁厚与其内孔径之比小于1/20，即t/D≤1/20的塑件。

厚壁壳体形塑件，指塑件壁厚与其内孔径之比大于1/20，即t/D>=1/20的塑件。

经计算，判断该塑件为薄壁壳体形塑件。 塑件的环形脱模力公式为：

Q?8E?tLcos??f?tg???1???K1?10B

式中：

Q——脱模力

E——塑料的拉伸模量（MPa） ε——塑料成型平均收缩率（%） t——塑件的平均壁厚（mm） L——塑件包容型芯的长度（mm） μ——塑料的泊松比 φ——脱模斜度

f——塑料与钢材之间的摩擦因素 r——型芯大小端的平均直径

B——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm2），当塑件底部有孔时取为0。

K1——由f和φ决定的无因次数，可由下式计算K1?1?fsin?cos? 对于该模具脱模力的计算，采用塑料模具设计手册软件版（R1）中薄壁圆形件脱模力计算模块进行计算。其中各种参数如下：

p——正压力（MPa）；

E——塑料的弹性模量（N/cm^2）；取20000 N/cm^2 S——成形收缩率（mm/mm）；取0.005 t——塑件平均壁厚（cm）；取0.35mm。

α——脱模斜度（°）；因软件不允许出现零度值，因此选用0.001°。 R——凸模半径（指圆形截面，矩形截面时可求其相等远，即以其周长除以π）（cm）；取为16.5cm。

m——塑料的帕松比，约为0.38～0.39。取0.38。 Q——脱模力（N）；

L——包容凸模的长度（cm）；取2.5cm。

f——塑料与钢的摩擦系数；取0.35。

计算得第一分型脱模力Q1=2298.8874N，由于塑件型腔比较浅，大气压力不会很大，因此修正取Q=2.5KN。

同理可以求得第二次脱模时的脱模力Q2=0.4KN,考虑到有活动型芯，因此取较大值，取为1KN。

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8 复位装置的设计

顶出机构在完成塑件的顶出动作之后，为了进行下一步的循环必须回到初始位置，常用的复位装置有弹簧复位机构和复位杆复位机构，因为弹簧复位机构不可靠，所以在此处选用复位杆复位。该标准模具自带了复位四根复位杆，不需要要具体设计。

9 侧向分型机构设计

当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件，否则就

无法脱模。带动侧向成型零件作侧向移动（抽拔与复位）的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。

在本课题中，塑件材料为ABS，不能采用强制脱模，结构上存在一个小凸起，故采用侧向分型机构。

9．1 侧向分型与抽芯机构的分类

根据动力来源的不同，侧向分型与抽芯机构一般可分为机动、液压或气动以及手动等三大类型。根据塑件结构进行合理选用。本套模具选用机动。

由于该塑件侧向分型距离不大，凹槽较浅且有一定的斜度，因此分型力不大，故采用斜导柱侧向分型。 9．2 分型距确定 抽芯与分型距离的计算

抽芯距S是指将活动型芯（侧向型芯或瓣合模块）从成型位置抽至不妨碍塑件脱模位置所移动的距离。为了安全，抽芯距通常比侧孔或侧凹的深度大2mm～3mm，若活动型芯与脱模机构出现干涉现象时，那抽芯距就不能简单的按照这种方法确定，本设计中不存在这种现象。

抽芯距公式为： S=S1+(2-3)mm

对于该塑件有R=170mm，r＝165.5mm。

计算得S=（R2-r2）1/2＋（2~3）＝38.86＋3=42mm 9．3 分型力计算

分型力的计算同脱模力计算相同。对于侧向凸起较少的塑件的抽芯力往往是比较小的，仅仅是克服塑件与侧型腔的粘附力和侧型滑块移动时的摩擦阻力。

对于侧型芯的抽芯力，往往采用如下公式进行估算：

FC?chp?cos??sin??

式中

FC——抽芯力（N）

c——侧型芯成型部分的截面的平均周长（m） h——侧型芯成型部分的高度（m）

p——塑件对侧型芯的收缩里（包紧力），其值与塑件的几何形状及塑件的品

种、成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件，p＝（0.8～1.2）×10 Pa；模外冷却的塑件，p＝（2.4～3.9）×10 Pa。

α——塑件的脱模斜度。

本模具为是瓣合模，没有型芯，塑件对型芯的包紧作用和少，侧向分型所需要的抽芯力仅仅是克服塑件与侧型腔的粘附力和侧型滑块移动时的摩擦阻力，因此对于该模具的侧向分型力估算为很小值，不必核算。 9．4 斜导柱侧向分型与抽芯机构设计

斜导柱侧向分型与抽芯机构是利用斜导柱等零件把开模力传递给侧型芯或侧向成型块，使之产生侧向运动完成抽芯与分型动作。这类侧向分型抽芯机构的特点是结构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便，是设计和制造注射模抽芯时最常用的机构，但它的抽芯力和抽芯距受到模具结构的限制，一般使用于抽芯力不大及抽芯距小于60～80mm 的场合。本设计中模具侧向抽芯距离不大，因此可以采用斜导柱抽芯。

斜导柱侧向分型与抽芯机构主要由与开模方向成一定角度的斜导柱、侧型腔或型芯滑块、导滑槽、楔紧块和侧型腔或型芯滑块定距限位装置等组成。 9．4．1 斜导柱的设计 1) 斜导柱倾斜角确定

斜导柱轴向与开模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角α，α的大小对斜导柱的有效工作长度、抽芯距和受力状况等起着决定性的影响。如图9.1的左边所示确定斜导柱工作部分长度：

L＝S/sinα H=Sctgα 式中：

L－斜导柱的工作长度。 S－抽芯距。

α－斜导柱的倾斜角。 H－与抽芯距S对应的开模距。

图9.1 斜导柱原理图

图9.2为斜导柱抽芯时的受力原理图，从图中可知： Fw =F t /cosα Fk=Fttgα 式中：

Fw －侧抽芯时斜导柱所受的弯曲力。

Ft－侧抽芯时的脱模力，其大小等于抽芯力F 。 Fk－侧抽芯时所需的开模力。

图9.2 斜导柱抽芯时的受力原理图

由上面的式子可知，α增大，L 和 H 减小，有利于减小模具尺寸，但Fw

和 Fk 增大，影响导柱和模具的强度和刚度；反之，α减小，斜导柱和模具受力减小，但要在获得相同抽芯距的情况下，斜导柱的长度就要增长，开模距就要变

o

大，因此模具尺寸会增大。综合两方面考虑，经过实际的计算推导，α取 22 －

30 比较理想，一般在设计时α<25 ，最常用为12 ≤α≤22

当抽芯方向与模具开模方向不垂直而成一定交角β时，也可以采用斜导柱侧向抽芯机构。在确定斜导柱倾角α时，可根据抽芯距的大小、抽芯力大小合理选用。

综合以上多方面因素，加之抽芯距较长，可取斜导柱倾角为20 o。 2) 斜导柱的直径计算

斜导柱在抽芯过程中受到弯曲力Fw 的作用，如图9.2所示， 斜导柱的直径主要受弯曲力的影响，斜导柱所受的弯矩为： Mw ＝Fw Lw 式中：

Mw－斜导柱所受弯矩。 Lw －斜导柱弯曲力臂。 由材料力学可知： Mw ＝［ζw ］W 式中：

［ζw ］——斜导柱所用材料的许用弯曲应力。 W ——抗弯截面系数。

斜导柱的截面一般为圆形，其抗弯截面系数为：

W=oooo

?32d3?0.1d3

所以斜导柱的直径为：

d?3FWLW0.1??W??310FCLW??W?cos??310FCHW??W?cos2? 式中：

H w——侧型芯滑块受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱固定板的距离，它并不等于滑块高度的一半。取28.5mm。

经估算与查表，取斜导柱直径d为20㎜。

3) 斜导柱长度的计算

斜导柱的长度计算原理如图所示，其工作长度与抽芯距有关。 斜导柱的总长度与抽芯距、斜导柱的直径和倾斜角以及斜导柱固定 板厚度等有关。斜导柱的总长为：

LZ?L1?L2?L3?L4?L5?d22tg??hcos??d2tg??ssin??5~10mm

LZ——斜导柱的总长度。

d2——斜导柱固定部分大端直径。 h ——斜导柱固定板厚度。 d ——斜导柱工作部分的直径。 S ——抽芯距。

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