漱口杯注塑模设计

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0 绪论

注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，该方法全部热塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工不仅产量多，而且运用于多种原料，能够成批，连续的生产，并且具有固定的尺寸，可以实现生产自动化，高速化，因此，具有得极高的经济效益。

作为注塑成型的加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面的水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。

与其他行业相比模具制造业存在成本高，要求制造周期短、技术性强的特点，目前，随着科学技术的不断发展和计算机的应用，这些问题得到很大的改善。由于有了计算机辅助设计和计算机辅助加工，从根本上改变了模具生产的面貌，可靠地保证了模具所生产的精度与质量。预硬、易切削以及高光亮等，新型模具材料的应用，大大地方便了加工几热处理。另外，模具标准件和标准件为基础的特殊定制零件的普及，明显地缩短了模具制造周期。

近年来，塑料成型加工机械和成型模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造技术角度来看，模具的发展趋势主要有以下几方面：

（1）加深理论研究 在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计 以由经验设计段逐渐向理论计算设计方面发展。

（2）高效率、自动化 大量采用各种高效率、自动化的模具结构，如高效冷却以缩短成型周期；各种能可靠地自动脱出产品和流道凝料的脱模机构；热流道浇注系统注射模具等。高速自动化的塑料成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产效率，降低成本起了很大的作用。

（3）大型、超小型及高精密 由于塑料应用的扩大，塑料制件以应用到建筑、机械、电子、仪器、仪表等各个工业领域，于是出现各种大型、精密和高手命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工的、热处理变形小、导热性优异的制模材料。

（4）革新模具制造工艺 为了更新产品花色和适应小批量产品的生产要求，除大力发展高强度、高耐磨性的材料外，同时又重视简易制模工艺的研究，这大大缩短了模具制造周期，降低了成本。

在模具制造工艺上，为缩短模具生产周期，减少钳工等手工操作的工作量，在模具加工工艺上作了许多改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种仿型机床、光控机床、数控机床、坐标机床等。这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工的精度。

（5）标准化 开展模具标准化工作，使模板导柱等通用零件标准化、商品化，以

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适应大规模地成批地生产塑料成型模具。【9】P10 我国模具工业发展的历史和现状可分为：

1. 八十年代以前的模具工业发展：在大中型国有企业，模具车间或称工具车间，作为配套部门,专业化生产模具的厂家少，模具的种类是冲压模，锻造模。 2. 八十年代随着我国工业生产的发展，特别是工程塑料的推广及应用，推动模具工业的快速发展，主要表现在塑料模的快速发展。1987年在全国工科院校试点开设模具专业，模具工业的国际行标的制订与完善，压铸模，钻合金挤压模，铜墙铁壁型材模的开发和生产。

3. 九十年代后期，模具的生产向专业化，精密化发展，模具设计与制造的科技含量与技术含量越来越高。特别是CAD/CAM的高新软件的出现，象AutoCAD、pro/g,MasterCAM、UG、Cimatron 等，用于产品设计和模具设计和模具设计，加快了模开发的速度，又保证了模具的质量、而数控加工技术的出现使复杂模具的加工成为可能,实现设计与制造的体化流程，加快了模具开发的建设，提高了模具制造的质量。

现我国模具工业主要还是集中于沿海洛发达地区，像广东的珠三角地区，江浙，苏杭地区，模具质量比起国外，像日本等国家还有较大差距，主要表现在模具的加工质量，模具的寿命，模具材料及表面处理方法上.

本次设计中,我的设计课题为漱口杯注塑模设计。我首先搜集了大量和资料，并进行了分析，吸取了国内外的有关资料，在此基础上我们还去了塑料厂、模具厂参观实习，获取了一定的感性认识，为我的模具设计打下了基础。

由于我们对注塑模也是刚刚接触，缺乏经验，所设计的模具可能存在问题与不足，在此希望老师能予以指正。

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1.塑料制品的工艺分析

为了保证在生产过程中制造出理想的塑料制品，除了应合理选用塑件的材料外，还必须考虑塑件的成型工艺性。塑件的工艺性与模具设计有直接的关系，只有塑件的设计能适应成型工艺的要求，才能设计出合理的模具结构。这样既能保证塑件顺利成型，防止塑件产生缺陷，又能达到提高生产率和降低成本的目的。

1.1塑料制品的工艺分析

塑件的几何形状与成型的方法，模具分型面的选择，塑件是否能顺利成型和出模有直接的关系。因此在设计塑件时应认真考虑，使塑件的几何形状能满足其成型工艺性要求，在不影响使用要求的情况下，都应力求简单，避免侧表面凹凸不平和带有侧孔，这样容易从模腔中直接顶出，避免了模具结构的复杂性。本设计的制品为漱口杯，其几何形状见制品零件图

1.1.1 脱模斜度

为了易于使塑件从模具取出或从塑件中抽出型芯，在设计时必须考虑塑件内外壁具有足够的脱模斜度。

最小脱模斜度与塑料性能、收缩率的大小，塑件的几何形状有关。但在具体选择脱模斜度时还应注意以下几点：

1．凡塑件要求高的，采用较小的脱模斜度。

2．凡较高的，较大的尺寸，应选用较小的脱模斜度。 3．塑件形状复杂的，不易脱模的应选用较大的脱模斜度。 4．塑件的收缩率大的应选用较大的斜度值。

5．塑件壁厚较厚时，会使成形收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值。 6．如果要求脱模后塑件保持在型芯的一边，塑件的内表面的脱模斜度可选的比外表面小；反之，要求脱模塑件留在型腔内，则塑件外表面脱模斜度应小于内表面，但是，当内外表面脱模斜度不一致时，往往不能保证壁厚的均匀。

7．增强塑料宜取大，含自润滑剂等易脱模塑料可取小。

8．斜度取留方向，对于塑料内表面是以小端为基准，斜度向扩大方向取，塑件外表面则应以大端为基准，斜度向缩小方向取．

综合考虑以上几点，选取本制品的脱模斜度为１５o（材料为聚苯乙烯）

1.1.2 塑件的壁厚

塑件壁厚设计的基本依据是塑件的使用要求，例如强度、刚度、绝缘性、重量，尺寸稳定性和与其他零件的装配关系。壁厚设计也要考虑到塑件成形时的工艺性要求，如对熔体的流动性阻力，顶出时的强度和刚度等。在满足工作要求和工艺要求的前提下，

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塑件壁厚设计时还应遵循下面两项基本原则：

（一）尽量减小壁厚

减小壁厚不仅可以节约材料，节约能源，也可以缩短成型周期，因为塑料是导热系数很小的材料，壁厚的少量增加，会使塑件在模腔内冷却时间明显增长。塑件的壁厚减小也有利于获得质量较优的塑件，因为厚壁塑件容易产生表面凹陷和内部缩孔。

（二）尽可能保持壁厚均匀

塑件壁厚不均匀时成型过程中所需的冷却时间不同，收缩率也不同，容易造成塑件的内应力和翘曲变形。因此设计塑件时应尽量减小各部分的壁厚差别。一般情况下应使壁厚差别保持在３０%以内。

对于由于塑件结构所造成的壁厚差别过大情况，可采用以下两种方法减小壁厚差： （1） 可将塑件过厚部分挖空。

（2） 可将塑件分解，即将一个塑件设计为两个塑件。 综合考虑，本制品壁厚选取为2mm，且尽量保持壁厚均匀。

1.1.3 支承面

当塑件需由一个面作为支承面时，如果整个面来作为支承面，在制造过程中是易满足要求的。在这样的情况下，应在设计塑件时采用凸边或几个凸起的支脚作为支承面。环行周边支承面或支承底脚高度不应小于0.5mm，否则底面变形也会使塑件不能平稳地放置。本制品环行支承面的高度取1mm.

1.1.4 圆角

在塑件设计过程中，为了避免应力集中，提高塑件强度，改善塑料的流动情况乃偏于脱模，所以在塑件各面或内部连接处，应采用圆弧过度。尤其对增强塑料更有利于填充型腔。另外，塑件上的圆角对模具制造和机械加工及提高模具强度也是不可少的。在塑件结构上无特殊要求时，塑件的各连接处均应有半径不小于0.5-1mm的圆角。本制品中内圆角半径为1mm,外圆角半径为3mm.

图1

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1.1.5尺寸精度和表面粗糙度

根据推荐，本制品选取 SJ-1372-78 5级精度。

1.2 注塑过程的特点

注塑过程具有以下几个特点。对这些特点的认识和正确运用对合理设计塑件和取的良好的塑件质量有直接的关系。

(一) 注塑是在封闭的模 腔中进行的

塑件是在封闭的模腔中成型的,成型时是将一受热熔化的塑料的熔体在压力作用下，通过细小的浇道注入已经闭合的模具腔体。在封闭模腔中成型塑件。为减小从模腔中脱出时的阻力，要求塑件带有适当的脱模斜度，也要求模具两部分的接触面(即分型面)应相对与所成型的塑件,安排在适当的位置.在封闭的型腔中成型塑件,要求在模具总体结构中带有合理的,可保证塑件顺利脱出的脱模机构或抽芯机构等,也要求设计出可以充分排除型腔内原有的空气和塑件中低分子挥发物的排气系统.

(二) 注塑过程受多种工艺参数的影响

从注塑机方面看,有对料桶温度、注射压力、注射时间和保压时间等参数的控制。螺杆式注塑机又有对螺杆转速和塑化压力的控制，螺杆结构形式的选用等。无论螺杆式注塑机或柱塞式注塑机都有对注塑量的控制，注塑机合模机构一端又有对锁模力的控制等。

从模具方面看，有模具温度及其分布，浇注系统的参数，如：浇口的类型，浇口的位置，浇口面积的大小，分流道断面形状和大小，排气槽的开设情况等，对塑件质量都有重大的影响。脱模机构和抽芯机构的合理性和可靠性也与塑件质量密切相关。

另外，塑件本身的机构也对塑件质量有影响。

（三）成型过程有热交换作用并伴随着相变和聚集态变化

塑料注塑过程中，塑料在注入模腔前，先由颗粒状或粉末状的固体态加热到熔融的粘流态，而注入模具后，则是从粘流态冷却凝固为具有能保持住模腔形状的固体态，因此在进入模腔前后都存在着热交换作用。熔体冷却凝固变为固体状态过程中，聚合物从粘流态变为高弹态再变为玻璃态，结晶型塑件从熔融态结晶为晶态。熔体高速进入型腔时受到剪切作用，分子链沿流动方向取向。剪切作用停止后，未冷却凝固的取向分子链亦可由于热运动解取向。因此，熔体与模具的热交换情况，即熔体的冷却速率，冷却速率的分布情况对上述聚集态变化具有决定性影响。冷却速率缓慢可造成结晶型塑料充分结晶，可获得结晶速度高、晶粒粗大的塑件或取向度低的塑件。冷却速率增快则可获得结晶度低、晶粒细小的塑件或保留较高取向度的塑件。两种情况下所得到的塑件力学性能、光学性能、收缩率大小等都会有明显差别。塑件各不同部位冷却速率的分布情况对于收缩率的均匀性内应力的形成和大小，塑件的尺寸和形状稳定性等则有重要的影响。

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2 确定型腔数目

模具中的型腔数目的确定是一项终合项目。首先应考虑注塑机的各项规格和工作性能，以及考虑制品的精度要求，模具制造的费用

以机

N?式中 N—型腔数

S—注塑机的注塑量（g） W浇—浇注系统的重量（g） W件—塑件重量（g）

N?0.8?200?6?2.7 5680％。按公式

0.8S?W浇W件 【2】p201 (2-1)

代入数据得,

从塑件精度考虑，通常认为，模具中每增加一个型腔，所成型的制品精度将下降40％，多型腔模具的制造精度低，塑件的精度也低。

从塑件产量考虑，对试制或小批量塑件宜取单型腔或少型腔，大批量时宜取多型腔。 由于本制品精度要求不高，且属于大批量生产，综合考虑初步确定型腔数目为2.

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3 注塑机的选择

为了保证正常生产和获得良好的塑件。在模具设计时应选择合适的注塑机。一般应考虑下列几个问题：

1．额定注塑量

国产标准的注塑机均用塑料的容量（cm3）表示一次注射量。因聚苯乙烯塑料比重是1.05近似与1。因此以聚苯乙烯为基准来确定注塑机的额定注射量。由于习惯对注塑机的注射量也可采用克量来表示。 （1） 以容量计算：

0.8V注?V件 【2】P202 (3-1) 式中 V注— 注射机的最大注射容量（cm3）

V件—成型塑件及浇注系统所需塑料的容量（cm3）

0.8—为系数，一般要求成型塑件的容量不超过注射机容量的80％

（2） 以克量计算：

0.8C?G 【2】P202 (3-2) 式中 C—注塑机最大注塑克量（g）

G—成形塑件及浇注系统所需塑料的容量（cm3）

0.8—为系数，一般要求成型塑件的容量不超过注射机容量的80％ 选用公式(2-2)计算

0.8V注?56?2?8 1.05 V注?143（cm3）

2.额定锁模力

选用注塑机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具的分型面要分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力，对柱塞式注塑机因注射压力损失较大，所以型腔压力约为注射压力的40～70％；而有预塑装置的注塑机及螺杆式注塑机压力损失较小，所以型腔压力较大。另外对不同流动性的塑料、喷嘴和模具的结构形式，其压力损失也不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达600～800kg/cm2,经浇注系统入型腔时型腔压力一般为250～500kg/cm2.

锁模力和成形面积的关系由下式确定:

P锁?P腔?A/1000 【2】P203 (3-3)

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式中 P锁—锁模力（T）

P腔—型腔压力，一般为400～500 kg/cm2 A—浇道、进料口和塑件的投影面积

（2??3.22?6） 代入数据得 P锁?480?/1000

即P锁?33.8（T）

3.额定注塑压力

只考虑注塑机的最大注射量，最大成型面积和锁模力来确定注塑机还不够的，有些塑件由于形状及塑料品种因素，需要很高的注射压力才能顺利成型，为此选用注塑机注塑压力

必须大于成型所需注射压力。即：

P注?P成【2】P203 (3-4) 式中 P注—选用的注射机的最大注射压力（kg/cm2） P成—成型时需要的注射压力（kg/cm2）

成型需要的注射压力一般很难确定，因它与塑料品种、塑件形状尺寸、注射成型条件、注塑机的种类、喷嘴及模具浇注系统都有关。一般注塑压力常在700～1500 kg/cm2范围内选取。

4．注塑机的形式和模具的关系

模具设计时，需要考虑机床动模板的行程和可调节的模具闭合高度，这直接影响到装模及脱模。

（1） 注塑机的闭合高度与模具的关系

模具厚度与注射机的闭合高度必须满足以下两个公式的关系

H小?H?H大【2】P204 (3-5)

H大=H小?S【2】P204 (3-6)

式中 H—模具厚度（mm）

H小—机床最小闭合高度（mm） H大—机床最大闭合高度（mm） S—螺杆可调长度

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（2） 卧式或立式注塑机的开模行程与模具关系必须满足公式：

S?H1?H2?5～10 【2】 P204 (3-7) 式中 S—开摸行程（mm） H1—脱模距离（mm） H2—塑件高度(mm)

5～10—为保证取出塑件而增设的余量（mm）

(3)点状进料口模具与开模行程的关系必须满足公式：

S?H1?H2?a?5～10 【2】 P204 (3-8) 式中 S—开摸行程（mm） H1—脱模距离（mm） H2—塑件高度(mm)

5～10—为保证取出塑件而增设的余量（mm）

a——顶模板与浇口套分离距离（取出浇口的长度）。对阶梯形塑件，不需要全部顶出型芯，但必须考虑脱模后型芯是否防碍取出塑件（mm）. 以公式(2-9)计算

S?60?94?60?5～10?220

综合注射量、锁模力、注射压力、注塑机的闭合高度和开模行程，选用G54-S200型注射机，模具采用螺钉直接固定。

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4浇注系统的设计

浇注系统的选择是注塑模具设计中的一个重要环节.设计前首先要对塑料制品所采用的塑料品种,制品的几何形状、尺寸使用的机床设备、注射时可能产生的缺陷及填充条件作全面的分析。同时模具的分型面选择与浇注系统也密切相关。

4.1 设计浇注系统基本要点如下：

（1）设计浇注系统时，流道应尽量减少弯折，表面粗糙度为Ra1.6～Ra0.8?m。 （2）设计浇注系统时，应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型布局设计，尽量与模具中心线对称。

（3） 塑料制品投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口，否则会造成注射时压力不均匀。

（4）设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑料在制品上不留痕迹，以保证塑料制品外观。

（5）一模多件时，应防止将大小相差悬殊的塑料制品放在同一付模具内。

（6）在设计主流道时，避免熔融的塑料直接冲击小直径型芯及嵌件，以免产生弯曲或折断。

（7）在满足塑料成型和排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可缩短填充时间。

（8）能顺利地引导熔融的塑料填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料涡流、紊乱现象，使型腔内的气体顺利排除模外。

（9）在成批塑料制品生产时，在保证产品质量的前提下，要缩短冷却时间及成型周期。

（10）因主浇道处有收缩现象，若塑料制品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。

4.2 主流道设计

1主流道的作用

主流道是连接注塑机料筒喷嘴和注塑模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切的关系。若主浇道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气不良，易在塑料制品内造成汽泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也造成进料时形成旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成型困难。

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2．主流道（浇口套）设计基本要点

（1）浇口套的内孔呈圆锥形，锥度为2o～6o。若锥度过大会造成压力减弱，流速减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使阻力增大，热量损耗大，表面粘度上升，造成注射困难。

（2）浇口套进口的直径应比注塑机喷嘴直径大1～2mm。若 等于或小于注塑机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注塑压力下降，塑料冷凝后脱模困难。

（3）浇口套内孔出料口处（大端）应设计成圆角r，一般为0.5～3mm. (4)浇口套与注塑机喷嘴接触处球面的圆弧度必须吻合。其关系如下：

R?r?0.5～1 【11】 P41 (4-1) 式中 R——浇口套球面半径 r——注塑机球面半径

（5）浇口套长度应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。

（6）浇口套锥度内壁表面粗糙度为Ra1.6～ Ra0.8mm，保证料流顺利，易脱模。 （7）浇口套不能制成拼块结构，以免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。 （8）浇口套的长度应与定模板厚度一致，它的端部不应凸出在分型面上，否则会造成合模困难，不严密，产生溢料，甚至压坏模具。

3.浇口套的结构和尺寸见零件图。

4.3 分流道设计

1．分流道的作用 分流道是主流道的连接部分，其基本作用是在压力损失最小的条件下，将来自主流道的熔融塑料，以较快的速度送到浇口处充模。同时，在保证充满型腔的前提下，要求分流道中残留的熔融塑料最少，以减少冷料的回收。因此分流道的面积不能太大也不能太小。分流道截面太小弊病较多，会降低单位时间可输送的熔融塑料量，使充模时间增长，塑料制品出现缺料、烧焦、产生波纹及凹陷等；分流道截面过大，易在模具型腔内积存气体，造成塑料制品上的缺陷，增强冷料回收量，延长了塑料制品的冷却时间，因而延长了成型周期，降低了生产效率。

对于粘度大和透明度要求高的塑料应采用较大的分流道。

在设计分流道时，为减少分流道中的压力损失，必须保证分流道的表面积与体积之比应最小，也就是说在分流道长度一定的情况下，要求分流道的表面积或侧面积与其截面积的比值为最小。

2．分流道的类型

在本设计中采用的是梯形分流道，这种类型的浇道热量损失较小，流动阻力小，且

易于加工。

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4.4 浇口设计

1．浇口的作用 浇口是分流道和型腔之间的连接部分，也是注塑模具浇注系统的最后部分，通过浇口直接使熔融的塑料进入型腔内。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，型腔充满塑料后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的热料回流。]

浇口设计与塑料制品形状、塑料制品断面尺寸、模具结构、注射工艺参数及塑料性能等因素有关。浇口的截面要小，长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭，便于使塑料制品分离，塑料制品浇口痕迹亦不明显。

塑料制品质量的缺陷，如缺料、缩孔、拼缝线、质脆、分解、白斑、翘曲等，往往都是由于浇口设计不合理而造成的。

2．浇口的类型 根据模具浇注系统在塑料制品上开设的位置、形状不同，选择不同形式的浇口，结合本质品的特征，选择点浇口。

（1）浇口应开设在塑件制品断面较厚的部位，能使熔融的塑料从塑料制品厚断面流向薄断面，保证塑料充模完全。

（2）浇口位置的选择，应使塑料充模时间最短，减少压力损失，有利于排除模具型腔中的气体。

（3）浇口不能使熔融塑料直接进入型腔，否则会产生漩流，在塑料制品上留下螺旋形痕迹，特别是点浇口、侧浇口等，更容易出现这种现象。

（4）浇口位置的选择，应防止在塑料制品表面上产生拼缝线，特别是圆环或筒形塑料制品，应在浇口对面的熔料结合处加开冷料穴。

（5）装有细长型芯的注塑模具所开设的浇口位置，应当离型芯较远，以防止熔融的料流的冲击而使型芯变形，错位和折短。

（6）大型和扁平塑料制品成型时为了防止塑料制品翘曲、变形和缺料，可采用多点形浇口。

（7）浇口位置应尽量开设在不影响塑料制品外观的部位，如开设在塑料制品边缘和底部等。

（8）浇口尺寸的大小，应取决于塑料制品的尺寸、几何形状、结构和塑料的性能。 （9）设计多型腔注射模具时，结合流道平衡并考虑浇口的平衡，应做到熔融塑料同时均匀充满型腔。对于同一种塑料制品的多型腔注射模具来说，可按浇口与主流道的距离，逐渐加大浇口的截面，减少较远浇口的阻力。采取保持各浇口大小相等、改变其长度或保持浇口宽度和长度一定、改变其深度两种方法，来使浇口平衡。对于不同塑料制品的多型腔注射模具来说，常把最大塑料制品的型腔布置在最靠近主流道的部位。 （10）为了在开模时从浇口套内拉出主流道凝料使与注塑机喷嘴分离，一般在冷料穴的尽端设置拉料杆。

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对于薄壁制件,由于点浇口附近的剪切速率过高,会造成分子的高度定向,增加局部应力甚至开列.为改善这一情况,在不影响使用的情况下,可以将浇口对面壁厚增加并曾圆弧过度,同时圆弧还有储存冷料的作用.

图2

4.5 冷料穴设计

当注塑机未注射之前,喷嘴最前端的熔融塑料的温度较低,形成冷料渣,为了集存冷料渣,在进料的末端的动模板上开设一洞穴或在流道的末端开设洞穴,这个洞穴就是冷料穴.

4.6 排气槽设计

塑料注射模具的型腔,在熔融塑料填充过程中,除了模具型腔内有空气外,还有因塑料受热而产生的气体,因此在模具设计时必须设置排气槽.排气槽应开设在型腔最后充满的地方,尽量把它开设在模具的分型面上,排气槽不要开设在工人操作的一方,以防塑料在注射时溢出模外,发生烧伤事故.

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5 成型零件结构设计

5.1分型面确定

这套模具采用的是侧面分型,有两个分型面(侧分型、定模与游动模的分型)。

5.2成型零件的结构形式及设计

成型零件是直接成型塑料制品的零件，包括凹模（型腔）、凸模（型芯）等。

5.2.1型腔结构形式

型腔是成型塑料制品外表面的零件，即本模具中的侧滑块。

5.2.2型芯的结构形式

型芯是成型塑料制品的内表面的零件，采用整体式结构，便于加工制造。

5.2.3型腔和型芯工作部分尺寸计算

型腔和型芯的工作部分尺寸与塑料制品的尺寸和公差、塑料收缩率及模具的磨损和制造公差等因素有关。 1．型腔径向尺寸计算

在给定条件下制品平均收缩率SCP，制件的名义尺寸LS及其允许公差?，则塑件平均径向尺寸为：LS??2

型腔名义尺寸为LM，公差值为?Z，则型腔的平均尺寸为LM?和磨损量值，以型腔磨损量到最大磨损量的一半计，则有： LM??Z2。考虑到收缩率

?z2?LS???1?(LS?)SCP??C 222?11?，?Z??，并将比其他各项小得多的SCP略去，

2633则有： LM?LS?LSSCP?? 【9】 P 92 （5-1）

4 标注上制造偏差后，得

对于中小型塑件，令?C?3??LM??LS?LSSCP??? 4?0??0.17

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0.2?0.83??%??0.52?代入数据得 LM??76?7624??0?0.17 =75.990?00.17

2.型芯径向尺寸计算

经过和上面型腔径向尺寸计算的推导,可得:

3 LM?LS?LSSCP??【9】P92 (5-2)

4 标注上制造偏差后，得 LM3????LS?LSSCP???4??00??Z

00.2?0.83??代入数据得 LM??72?72 =72.75?0.17 %??0.52?24???0.17 3.型腔深度计算

在型腔深度计算过程中，规定制件高度名义尺寸HS为最大尺寸，公差以负偏差表示．型腔深度名义尺寸HM为最小尺寸，公差以正偏差表示．型腔的底面、型芯的端面都于分型面平行。在脱模过程中磨损很小，磨损量?C不予考虑，则有： HM?令?Z???

并略去SCP得 32

?Z2?HS????（HS?）SCP 222 HM?HS?HSSCP?? 【9】 P95 （5-3）

3 标注上制造偏差后，得

? HM??HS?HSSCP?代入数据得 HM2?Z??? 3?0?0.20??0.2?0.82????94?94?%??0.60?23??0?0.20=94.070

4．型芯高度计算

经过和上面型腔高度尺寸计算类似的推导，可得

2 HM?HS?SCPHS?? 【9】 P95 （5-4）

3 标注上制造偏差后，得

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HM??HS?HSSCP? 代入数据后得 HM??91?91?2?3?0??Z

0.2?0.82%??0.60230?0?0.20=91.86?0.20

5.2.4成型零件强度计算

塑料注射模具的成型零件必须有足够的强度和刚度，以便承受工作时的作用力，因此，模具零件应按各自工作时的受力情况进行强度和刚度计算。 动模垫板厚度计算

垫板的厚度h的计算公式如下： h?KFL?100 【11】 P64 （5-5）

2B??弯? F?pA 【11】 P64 （5-6） 式中 F—动模板受的总压力（N）

A—塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积（mm2） B—动模垫板宽度（mm） L— 支承块距离（mm）

p— 凹模压力，一般取25～45Mpa [?弯]—抗弯许用应力（Mpa）

K —修正系数，取0.6～0.75

亦可以根据塑料制品及浇注系统投影面积查表，选取垫板厚度为40mm,考虑到垫板的尺寸较大，选择两个直径60的支承柱。

动模垫板厚度参考尺寸【11】P64

塑料制品浇注系统投影面积A(cm2) 垫 板 厚 度(mm2) <15 15～20 20～30 30～40 40～50 >50 16

?5 >5～10 >10～50 >50～100 >100～200 >200

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6导向机构设计

导向机构是保证塑料注射模具的动模与定模的正确定位和导向的重要零件。通常采

用导柱导向，其主要零件有导柱和导套。

导向机构的设计原则如下：

（1）导柱应对称分布在模具分型面的四周，其中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具强度和防止模板发生变形

（2）导柱的直径应根据模具尺寸来定，并应保证有足够的抗弯强度。在本设计设计的模具中选取了?35带导油槽导柱 、?30和?20导柱。

（3）导柱固定端的直径和导套的外径应尽量相等，有利于配合加工，并保证了同轴度的要求。

（4）导柱和导套应有足够的耐磨性。

导柱在模板上的布置如图

图3

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7 脱模机构设计

把塑料制品从模具内脱出来的机构即位推出机构或脱模机构。推出机构的形式和推出方式与制品的形状、结构和塑料的性能有关。 顶杆脱模机构设计的基本原则如下：

（1）顶杆直径不宜过细，应有足够的刚度和强度，应能承受一定的推力。一般顶杆的直径为2.5～15mm。

（2）顶杆应设在塑料制品最厚及收缩率大的凸模或镶件附近，但不要离凸模和镶件装配固定孔过近，以免影响固定板的强度。

（3）顶杆分布要合理，使推出塑料制品时受力均匀，以保证塑料制品不变形。 （4）顶杆与顶杆孔间隙不能大于所用塑料的溢边值。聚苯乙烯的溢边值为0.05mm。

本设计设计的模具中使用的是?12.5顶杆。考虑到制品的强度，在顶出端增大面积，这样便于脱模。其具体形状尺寸见零件图.

由于漱口杯的形状特殊，需设置定距分型装置，本设计设计的模具的定距分型装置包括限位导柱和拉钩装置。

使用顶杆脱模机构时，在再次合模前，必须使顶杆恢复到原来的位置，模具中还需设置回程杆。

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8 侧面分型机构设计

8.1概述

由于漱口杯带有手柄,不能直接从模具内脱出.为解决这一问题,模具中需设置侧面分型机构.显而易见,模具中一旦出现侧分型机构,无疑会使模具机构复杂.这套模具的侧分型机构采用机械方式驱动,即利用注塑机的开模运动，通过斜导柱使其转为侧面分型。

脱模距和脱模力的计算

1.脱模距 是将侧滑块从成形位置移动到不防碍塑件取出的位置，即滑块移动的距离。

脱模距的计算公式如下：

S?Htan? 【11】 P82 （8-1） 式中 S—脱模距（mm）

H—斜导柱完成脱模距所需的形程（mm）

?—斜导柱的倾斜角，一般取15o～20o（取15o） 根据制品的形状、尺寸确定S为15mm

2.脱模力 塑件在模腔内冷却时包紧型芯，产生包紧力。因此脱模力必须克服包紧力和摩檫力，这种力叫做脱模阻力。在开始侧分型时所需的脱模力最大。

脱模力的计算公式如下：

F?Lhp(?cos??sin?) 【11】 P83 （8-2） 式中F—脱模力（N）

L—活动型芯被塑件包紧的断面形状的周长（mm）

h—成型部分深度（mm）

p—单位面积包紧力，一般取8～12Mp

?—摩檫系数，取0.15～0.2

?—脱模斜度（o）

代入数据得 F?91?8?10(0.2?cos1.5??sin1.5?）

?1265（N）

8.2 斜导柱侧分型机构设计

斜导柱侧向分型机构是由于开模方向成一定角度的斜导柱和滑块所组成。为了保证侧分型动作平稳可靠，必须有滑块定位及闭锁装置。

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8.2.1 斜导柱设计 斜导柱直径计算 d?3FH 【2】 P236 （8-3）

??0.1?弯cos?式中 F—斜导柱所受的弯曲力（N）

l— 抽心孔中心到侧滑块上端的距离（mm） ?弯—抗弯强度（Mp）

?— 斜导柱的斜角（o）

d—斜导柱的直径（mm）

代入数据得 d?31265?41?17.5（mm） 取d?20 (mm)

0.1?100?cos15? 斜导柱的总长度的计算

DhSL?tan????5～10（mm） 【2】 P236 (8-4)

2cos?sin?式中 L—斜导柱总长度（mm）

D— 斜导柱固定部分的直径（mm） S— 脱模距（mm）]

h— 斜导柱固定板厚度（mm）

? —斜导柱倾斜角度（o）

30151???25tan15??5～10?100（mm） 代入数据得 L?cos15?sin15?28.2.2滑块设计

它是完成侧分型的一个重要零件，用斜导柱带动进行侧分型。

滑块的斜孔与斜导柱进行配合，在配合的同时要作成单面0.5mm的间隙。这样便于脱模。

8.2.3锁紧块设计

它的作用是防止在注射成型是侧滑块因受力而产生移动。锁紧块的斜角应比斜导柱的斜角大2o～3o,否则斜导柱无法带动滑块.

8.2.4导滑槽设计

为使侧滑块平稳而准确的侧分型,必须在滑块座上开设导滑槽,滑块于导滑槽必须很好的配合和导滑,在滑块完成动作后,仍停留在导槽内的长度不应小于滑块全长的2/3.选用矩形导滑槽.

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9 冷却系统的设计

模具设置冷却装置的目的：一是防止塑件脱模变形；二是缩短成形周期；三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以得到柔软性、挠曲性、伸长率较好的塑件。冷却形式一般在型腔、型芯等部位合理设置通水冷却水道，并通过调节冷却水流量及流速来控制模温。.冷却水一般为室温冷水，必要时也有采用强迫通水或低温水来加强冷却效率。冷却系统的设计对塑料件质量及成形效率直接有关，尤其在高速、自动化成形时，更应研究,必须重视。

设置冷却管道考虑因素

(1) 模具结构形式，如普通模具、细长型芯的模具、复杂型芯的模具及脱模机构障碍多的或镶块的模具，对冷却系统设计直接有关； (2) 模具的大小和冷却面积； (3) 塑件熔接痕位置；

冷却水孔的开设原则

(1) 水孔边离型腔的距离，一般保持在15～25mm左右。距离太近则冷却不易均匀，太远则效率低。水孔直径一般在?8mm以上，由模具大小(塑件重量)决定； (2) 水孔通过镶块时，应考虑镶套管等密封问题； (3) 水孔管路应畅通无阻；

(4) 水管接头(冷却水嘴)的位置尽可能放置在不影响操作的一侧；

(5) 冷却水孔管路一般不开设在型腔塑料熔接的地方，以免影响塑料强度； 型芯冷却水道的设置

对与一模多腔的模具,型芯的冷却方式可分为串联冷却和并联冷却,但这两种冷却方式最好建立两个上的独立回路.

型芯尺寸满足力学强度要求，可加入循环式水道镶件。这种冷却水道对型腔和型芯的冷却效果较好。

由于在型芯的中部有顶杆和镶件，其配合处不应漏水，防止对塑件成形和塑件的质量产生影响,所以要考虑使用密封圈.

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10 模板厚度的确定

对于模具中各模板的厚度。在满足强度要求的前提下，应尽量采用标准模架。各模板的具体尺寸如下(单位： mm)：

定模固定板 490×550×35 弹料板 400×550×15 定模板 400×550×30 动模板 400×550×30 动模垫板 400×550×40 上推板 270×550×25 下推板 270×550×30 支承块 45×550×96 底板 490×550×35 其他零件的尺寸见零件图或装配图。

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11 模具用钢

选择模具零件的材料应按其用途而定,对成形零件的用料应考虑以下因素: 1 要承受在高温、高压下长期工作。因此应有足够的机械强度、耐疲劳性能及耐热性。

2 用于成批大量生产的模具应具有良好的热处理性能。对形状复杂的零件及易变形零件则还应要求材料在热处理时变形小。

3 对天成形零件尺寸精度要求较高的,应考虑使用尺寸稳定性好的材料. 4 模具钢要便于加工,易抛光.

根据以上要求，模具的材料分别为:动模板、定模板等模板使用45钢；导柱、导套材料为T8A 或20号钢渗碳处理,其它零件所用材料见总装配图明细栏.

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12 模具的使用与保养

12.1 试模与修正

1 对(漱口杯)模具设计完成后,必须进行试模,通过试模,来检验模具是否合格以及选择最佳成型工艺.

2 经过第一次试模后,就合格的模具是理想的,实际上难以做到,所以,在试模后一般即需按照模具委托加工说明书进行修正加工.修改委托书内容时,必须慎重行事.

12.2 操作过程

1. 开模后,由于拉钩的作用游动模与动模无法分开，所以首先从定模与游动模之间分开。

2. 随着机床的后退，在斜导柱的作用下，完成侧抽芯动作。

3. 游动模与动模分开，机床继续后退，机床推动推板，使塑件从型芯上脱出。

4. 由工人手工取出制品. 5. 合模，继续下一个循环操作。

该套模具可采用半自动操作,有一定的工作量,但这样做可以降低成本,带来很好的经济效益.

12.3 模具的保养

每一套模具,往往造价及为昂贵,对模具必须进行保养. 1 防锈措施

卸模时,必须从下部卸下冷却管,用棉丝擦干,用压缩空气吹净.在防锈方法上可涂饰耐水性的黄油,也可以打用除锈液将型腔和冷却孔锈体清除. 2 保持滑动部分的润滑

在保养上要定其在滑动部分涂油,涂饰必须适当.如润滑油涂饰太多则会污染制品,涂少起不到润滑的效果.

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总 结

本文主要介绍了茶杯的注塑模设计，塑料成形工艺以及注塑的过程，也对注塑机也进行了一些简单的介绍。

注塑模设计的主要过程有：塑料制品的工艺分析，型腔数目的确定，注塑机的选择以及模具的结构设计。模具的结构设计包括：浇注系统的设计，成型零件设计，导向机构设计，侧面分型机构设计，脱模机构设计，冷却机构设计以及排气系统设计。本文设计的是一模两腔三板式模具。由于漱口杯的特殊形状，无法直接脱模，需设置侧面分型机构，本套模具是通过斜导柱进行侧面分型，适合水杯的批量生产。本文对模具的各部分零件进行了设计与计算。本文对模具的工作原理和工作过程，以及模具的使用与保养也进行了说明。

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参考文献

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7 冯炳尧等主编.模具设计与制造简明手册. 上海：上海科技出版社，1987.8 8 陆宁编著. 实用注塑模设计. 北京: 中国轻工业出版社,1997.5

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11 王树勋.模具实用技术综合手册. 广州:华南进工大学出版社,1995.6

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