支撑架注塑模具设计说明书

塑料按钮注塑模具设计说明书

设 计 人： 专业班级： 学 号： 指导教师：

日期： 年 月 日

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一﹑设计任务书

课题名称：塑料按钮注塑模具设计 塑件图：

设计要求：

1. 注塑模具总图（A1或A2）一张； 2. 注塑模具非标准零件图（A4-A3）3张； 3. 设计计算说明书（不少于10页）一份；

二、塑件成型工艺分析 1.塑件分析

（1）结构分析 从塑料制品来看，该制件形状为类似长方体，中心位置有凸台，而且有个阶梯的通孔，形状是对称的，结构较为简单。 塑件的两侧面有Φ4mm的圆孔，因此模具应有侧向抽芯机构，由于抽

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出距离较短，,抽出力较小，所以采用斜导柱、滑块抽芯机构。斜导柱装在定模板上，滑块装在动模板上。

(2)精度等级 由图可知，未标注公差尺寸，查表2-3常用材料模塑件公差等级和使用（GB/T14486-1993）和表2-4国家标准塑件尺寸公差（GB/T 14486-1993）（P28-30），采用MT6、B类公差等级。

（3）脱模斜度 尼龙1010收缩大且收缩率范围大（收缩率为：1.0~2.5%），因此脱模斜度不宜过小，参考表2-10选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为2°。

2.尼龙1010的性能分析

（1）使用性能 尼龙1010简称PA1010 (聚酰胺)，是一种白色或淡黄色结晶颗粒，熔点205℃，其中原子数多的熔点低，易吸水，无毒，易染色等。尼龙具有优良的力学性能，结晶度越高，其抗拉强度、硬度、耐磨性及润滑性均提高；尼龙软化温度范围窄，具有比较明显的熔点，多数尼龙具有阻燃性，热分解温度约300℃，使用温度–40℃~100℃，长期使用温度80℃，在100℃以上长期与氧接触会热降解，可加入稳定剂改善；尼龙具有良好的电性能；尼龙能耐大多数盐类，但强酸和氧化剂能侵蚀尼龙，不溶于普通有机溶剂和油脂；尼龙的耐用性一般，在大气中长时间暴露，力学性能会逐渐下降；尼龙的确定是吸水性大，影响尺寸稳定性。 （2）成型工艺分析

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1）收缩大且收缩率范围大，各向异性明显，易发生缩孔、凹陷和变形等缺陷，成型条件应稳定。（收缩率为：1.0~2.5%）

2）吸湿性较大，成型前需干燥。热稳定性差，易分解，干燥时为避免高温氧化，采用真空干燥。

3）熔点较高，熔融温度范围窄，热稳定性差，不宜在高温料筒长时间停留。喷嘴需加热，防止堵塞。

4）熔体粘度低，流动性好，溢边值为0.02mm，成型中易发生溢料和流涎现象，成型条件应稳定。

5）冷却速度对结晶度和塑件性能影响较大，应根据壁厚等控制模温。模温过低，易产生缩孔及结晶度低等问题。

6）可采用各种形式浇口，浇口与塑件连接处应圆润过渡。流道和浇口截面尺寸大些较好，可减少缩孔及凹陷等现象。 （3）尼龙1010的主要性能指标 其性能指标见表2-1。

表2-1 尼龙1010的性能指标

相对密度 吸水性/% 模塑收缩率/% 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 1. 04~1.06 压缩强度/MPa 0.39 1. 0~1. 5 52~65 100~250 布氏硬度/MPa 熔点/℃ 维卡软化点/℃ 马丁耐热/℃ 脆化温度/℃ 79 71 200~210 123~190 45 -63 拉伸强度模量/GPa 1.6 弯曲强度/MPa 89 线胀系数×10-3/K-1 10. 5 弯曲强度模量/GPa 1.3 4

体积电阻率/Ω.cm >1011

3.尼龙1010的注射成型过程及工艺参数 （1）注射成型过程

1）成型前的准备。对尼龙1010的色泽，粒度和均匀度等进行检验， 加工前必须将树脂干燥至含水0.1%~0.3%以下。干燥条件： 真空干燥时，真空度>98.7kPa，温度90~ 110℃ ；

常压干燥时，温度80~100℃，时间均为8~12、树脂层厚度25mm，树脂干燥后应尽快加工成型。

2)注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热，塑化达到流动状态后，有模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为冲模，压实，保压，倒流和冷却五个阶段。 （2）注射工艺参数

尼龙1010注射成型工艺参数

注射机类型 螺杆式 成型时间（s） 注射 保压 冷却 总周期 螺杆转速（r/min） 后处理 方法 温度（℃） 时间（h） 20~90 0~5 20~120 45~220 48 油、水、盐水 90~100 预热和干温度（℃） 100~110 燥 料筒温度（℃） 时间（h） 后段 中段 前段 喷嘴温度（℃） 模具温度（℃） 注射压力（MPa）

12~16 190~210 200~220 210~230 200~210 40~80 40~100 5

说明 1. 预热和干燥均采用鼓风烘箱。 2. 凡潮湿环境使用的塑料，应进行调湿处理，在100~120℃水中加热2~18h。

4.拟定模具的结构形式 （1）分型面位置的确定

模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。设计时应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。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。

该塑件为塑料按钮注塑模具，表面质量无特殊要求，垂直于轴线的截面形状比较简单和规范，塑件的两侧面有Φmm的圆孔，模具应有侧向抽芯机构，因此在选择分型面如下图4-1所示，既可降低模具的复杂程度，减少模具加工难度，又便于成型后的脱模及侧向抽芯。故选用如图4-1所示的分型方式较为合理。

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图4-1

（2）型腔数量和排列方式的确定

由于本塑件适合中批量生产，为了能更好地提高生产效率此处采用一模两腔，采用垂直对称的布局方式

3）注塑机型号的确定

1）注射量的计算 通过三维软件建模设计分析计算得 塑件体积： V塑=14.76cm^3

塑件质量： m塑=p×V塑=14.76×1.04g=15.35g

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式中，p参考表2-1可取1.04g/cm^3。

2）浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按照塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入凝料体积为：

V总=V塑（1+0.2）×2=14.76×1.2×2（CM3）=35.44（CM3） （3）选择注射机 根据第二步计算得出一次注入的凝料体积（V总=36.84），结合公式（V公=V总/0.8）则有：V总/0.8=35.44/0.8=46.44cm3。根据以上的计算，初步选用注射机的型号为XS-ZY-125，其主要技术参数见表4-1

表4-1 XS-ZY-125注射机主要技术参数

标称注射量/CM3 螺杆直径/MM 注射压力/MPA

104 106 125 模板最大厚度/MM 30 45 42 150 8

300 200 模板最小厚度/MM 模板尺寸/MM 注射行程/MM 160 拉杆空间MM 合模方式 推出形式两侧 推出时中心距/MM 260×360 液压-机械 两侧推出（230） 11 12 4 100 螺杆转速/（R/MIN） 10~140 注射时间/S 1.8 注射方式 锁模力/N 螺杆式 9?105 电动机功率/KW 喷嘴球半径/MM 喷嘴孔直径/MM 最大成型面积/CM2 360 模板最大行程/MM 300

（4）注射机相关参数的校核

定位圈尺寸/MM 1）注射压力校核。根据《塑料成型工艺及模具设计》P74表4-1可知，尼龙1010所需注射压力为90-101MPA，这里去p0=100MPA，该注射机的公称注射压力P公=150MPA，注射压力安全系数K1=1.25-1.4，这里去K1=1.3，则：

K1*P0=1.3*100=130

①塑件在分型面上的投影面积A塑，则A塑?3966mm 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

2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的投影面积

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A塑的02-0.5倍。这里取A

浇

=0.2A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?0.2A塑)?2?1.2A塑?9518.4mm2

④模具型腔内的胀型力F胀,则

F胀?A总p模?9518.4?35N?333.14KN

查表4-45可得该注射机的公称锁模力F锁=900KN，锁模力安全系数k2?1.1~1.2，这里取k2?1.2，则

k2F胀?1.2胀?1.2?333.14?399.768?F锁，所以，注射机锁模力合格。

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。

四、浇注系统的设计 （1）主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温塑料熔体及注射剂喷追反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套 1）主流道尺寸

主流道的长度:小型模具L主应尽量小于60mm，本设计中取50mm

进行设计。再根据设计手册查得XS-ZY-125型注射机喷嘴的有关尺

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寸。喷嘴前端孔径为d1?4mm；喷嘴前端球面半径SR1?12mm。根据模具主流道与喷嘴SR2?SR1?(1~2)mm及d2?d1?(0.5~1)mm，取主流道球面半径 SR2?14mm，小端直径 d2?4.5mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形其斜度??1?，主流道大端直径

D?d2?2L主 tan??6mm，为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道

端设计半径r = 5 mm的圆弧过渡。主流道大端呈圆角，其半径常取r = 1~3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。

2）主流道的凝料体积

?3.14V主=L主（R主2+r主2+R主r主）=?50?（32+2.252+3?2.25）?1.1cm3333）主流道当量半径 Rn?2.25?3?2.625mm。 2 4）主流道交口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射剂喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考

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虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A）,热处理淬火表面硬度为50-55HRC,如图4-330所示 （2）分流道的设计

1）分流道的布置形式 再设计时应考虑尽量的减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。

2）分流道的长度 由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可适当选小一些。单边分流道长度L分取40mm。 3)分流道的当量直径

因为该塑件的质量：m塑=?V塑=14.76?1.05g=15.5g?200g，根据式（4-16），分流道的当量直径：

D分=0.2654m塑4L分=0.2654?15.35?440mm?2.6mm

4）分流道截面形状

常用的分流道截面形状有原形，梯形，U形，六角形等。本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，取R=3mm。

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5）凝料体积

①分流道的长度L分=40?2=80mm。 ②分流道截面积A分=???32=14.13mm2。 ③凝料体积V分=L分A分=80?14.13=113.1mm3?1cm3。 6）校核剪切速率

①确定注射时间:查书本表4-8，可取t=1.6s。 ②计算分流道体积流量:q分=V分?V塑1?14.76??9.85cm3/s。 t1.612③由书本式（4-20）可得剪切速率

3.3q分3.3?9.85?103?1?分=3??4.71?103s?1 3s?R分?2.6?3.14????2?.该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率

23?15?10~5?10s之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。

7）分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra=1.25~2.5um即可，此处取Ra1.6um。另外，其脱模斜度一般在5°~10°之间，这里取脱模斜度为8°。

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（4）浇口的设计

根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。采用截面为矩形的侧浇口，初选尺寸为1mm×0.08mm×0.6mm（b×l×h），试模时修正。 1）侧浇口尺寸的确定

①计算侧浇口的深度。根据书本表4-10，可得侧浇口的深度h计算公式为：h?nt?0.7?3mm?2.1mm式中，t是塑件壁厚，这里t=3mm; n是塑料成型系数，对于尼龙PA，其成型系数n=0.7。

在工厂进行设计时，浇口深度常常先取最小值，以便在今后的试模时发现问题进行修模处理，并根据书本表4-9中推荐的侧浇口的厚度 ②计算侧浇口的宽度。根据书本表4-10，可得侧浇口的宽度B的计算公式为 B?nA0.7?6397.96?cm?1.87?2cm式中，n是塑料成型系3030数，对于PA其n=0.7;A是凹模的内表面积（约等于塑件的外表面积）。 ③计算侧浇口的长度。根据书本表4-10，可得侧浇口的长度L浇一般选用0.7～2.5mm，这里取L浇=0.7mm。2）侧浇口剪切速率的校核

① 计算浇口的当量半径。由面积相等可得错误！未找到引用源。，由此矩形浇口的当量半径错误！未找到引用源。。 ② 校核浇口的剪切速率

Ⅰ：确定注射时间：查表4-8，可取t=1.6；

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Ⅱ：计算浇口的体积流量：q=浇V塑14.76??9.225cm3。 t1.6Ⅲ：计算浇口的剪切速率：由式（4-20）可得：错误！未找到引用源。，则

错误！未找到引用源。

该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率错误！未找到引用源。之间，所以 ，浇口的剪切速率校核合格。

（5）校核主流道的剪切速率

上面分别求出了塑件的体积，主流道的体积，分流道的体积（浇口的体积大小可以忽略不计）以及主流道德额当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。 1) 计算主流道的体积流量

2) 计算主流道的剪切速率

主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率

5?102~5?103s?1之间，所以，主流道德的剪切速率校核合格。

（6）冷料穴的设计及计算

冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有

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主流道冷料穴。由于该塑件表面没有任何要求，所以采用与钩形（Z形）拉料杆配合的冷料穴。

五、 成型零件的结构设计及计算

模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。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，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。

设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇注位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。

（1）成型零件的结构设计 1）凹模结构设计

凹模是成型产品外形的主要部件。其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化。对于该塑料，采用组合式结构。 2）型芯结构设计

通过对塑件的结构分析可知，该塑件的中心轴孔型芯有两个：一个

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是带有45°锥度的型芯，因塑件容易脱模，所以设在定模板；另一个是圆柱型芯，因其塑件包紧力较大，所以设在动模板部分。 3）成型零件工作尺寸计算

本副模具成型零件工作尺寸计算时采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。

尼龙1010的收缩率为Smin?1.0%，Smax?2.5%，故平均收缩率为

Scp?(1.0%?2.5%)/2?1.75%，查表4-15得x一般在错误！未找到

引用源。之间，这里取错误！未找到引用源。，模具制造公差取

?Z??/6 。

表 型腔和型芯工作尺寸计算

类别 型腔的计算 模具零件名称 型腔 尺寸 塑件尺寸/mm 0.86114??0.86 0.4742??0.47 计算公式 型腔或型芯的工作尺寸/mm ?0.287 115.210?0.157 42.42044?0.47?0.47 (查《塑料成型工艺及模具设计》P127) ?0.157 44.4400.3716??0.37 ?0.017 6.920?0..0332.840 0.299??0.29 0.297??0.29 0.233??0.23 型芯的计算

型芯 0.86108??0.86 1060?0.05 17

尺寸 0.436??0.4 0.4744??0.47 (查《塑料成型工艺及模具设计》P127) ?0.016 35.36044.150?0.017 (查《塑料成型工艺及模具设计》P127) 孔距 中心距尺寸

（4）成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算

凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度及型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选250×355的标准模架，其厚度根据表4-19的刚度计算公式计算。

式中，p是型腔压力（错误！未找到引用源。）；h=W，W是影响变形的最大尺寸，而h=30mm；错误！未找到引用源。是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品种。

?p=25i=0.013

式中，错误！未找到引用源。。

根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即T?0.54??p1PA???EL1?p??13?24.05mm

?=25i=0.026

A1??4D2?1017.36 mm2

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A=2×A1=2034.72mm2

14Tn?()3T?13mm

n?1六﹑模架的确定

根据塑料尺寸，同时参考4.12.4节中小型标准模架的选型经验公式和表4-38，可确定选用模架序号为6号（W×L=250mm×315mm）,模架结构我错误！未找到引用源。型。 （1）各模板尺寸的确定

1）A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度为16mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，顾A板的厚度取50mm。 2）B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架标准板厚取50mm。 3）C板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5 ~10）mm=（16+50+15+5 ~10）=86 ~91mm，初步选定C为90mm。 经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架序号为6号，板面为250×355mm，模架结构形式为A4型的标准模架。其外形尺寸：宽×长×高=315mm×355mm×213mm，如图所示。 （2）模架各尺寸的校核

根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。

1）根据平面尺寸250mm×355mm＜260mm×360mm(拉杆间距)，校核合格。

2）模具高度尺寸213mm，140mm＜213mm＜330mm(模具的最大厚度和最小厚度)，校核合格。 3）模具的开模行程

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S?H1?H2?(5~10)mm?(25?40?5~10)mm?70~75mm?325mm(开模行程)，

校核合格。

七﹑脱模推出机构的设计 （1）推出零件的设计

本塑件采用推杆推出机构，根据塑件外形要求，定为8根推杆，对称

L2F分布在塑件。（查公式4-28），确定推杆直径：d?K?7.1mmnE

4式中：d—推杆的最小直径，mm；

K—安全系数； L—推杆的长度，mm； F—脱模力，N； n—推杆数目；

E—推杆材料的弹性模量，Mpa（E=21000 Mpa）。

（2）脱模力的计算

成型塑件内部圆筒型芯的脱模力计算 因为???rt36?9?10，所以，4此处视为厚壁圆筒塑件，参考式（4-24）可得脱模力为

F1?2?rESL(f?tan?)?3728.7N

(1???K1)K2

（3）校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 1）推出面积 错误！未找到引用源。

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2）推出应力 错误！未找到引用源。

错误！未找到引用源。（抗压强度）合格

八﹑冷却系统的设计

（1） 尼龙的成型温度及模具温度分别为230℃和40~80℃。所以，模

具温度初步选定为50℃，用常温水对模具进行冷却。 （2）冷却系统的简单计算

1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W ①塑料制品的体积

②塑件制品的质量

③塑件壁厚为3mm，可以查表4-34得错误！未找到引用源。。注射时间错误！未找到引用源。，脱模时间错误！未找到引用源。，则注射周期：

由此的每小时注射次数：错误！未找到引用源。 次

④单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量： 错误！未找到引用源。。

2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出热量Qs 查表4-35直接可知PA1010的单位热流量Qs的值范围在（65-70）kj/kg之间，故可取Qs=70kj/kg。

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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℃。出水口的水温为θ1=25℃，取水的密度p=1000kg/cm3，水的比热容c=4.187kj/(kg. ℃)。则根据公式可得：

qv?WQ

60pc(?1??2)=2.632×70/(60×1000×4.187×(25-22))=0.00024cm3/min

4）确定冷却水路的直径d 当q(v)=0.00024 cm3/min时，查表4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径d=0.008m。 5）冷却水在管内的流速v v=

4qv=4×0.00024/(60×3.14×0.008^2)=0.081m/s 260?d 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可知得 f=0.67，则有：

4.187f(pv)0.8h==4.187×f×(pv)^0.8/(d^2)=4.187×6.7×(1000×

d0.20.081)^0.8/(0.008)^0.2 =2.48×103kJ/(cm2.h. ℃)

7）计算冷却水通道的导热总面积A A=

WQs =2.632×70/(2.48×103×(50-23.5))=0.0033cm2 h??8）计算模具所需冷却水道的总长度L L=

A =0.0033/(3.14×0.008)=132mm ?d 9）冷却水路的根数x 设没条水路的长度为l=150mm，则冷却水路的根数为x= =132/120=1.1根

由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，

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Ll因此根据具体情况加以修改。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。

九﹑模架开合模动作过程

开模时，塑件包在型芯上随动模部分向左移动而脱离定模板，分型到一定距离，脱出机构开始工作，推杆将塑件推出型芯脱模。 合模时，推杆在复位杆的作用下复位，推杆复位后动模板停止移动，在合模后进行下一次注射过程。

十﹑总装图和零件图的绘制

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