卡盖塑件注塑工艺说明书

摘 要

本文详细地阐述了卡盖注射模具的设计过程。设计了注射模具中的各个系统，如浇注系统、导向与定位机构、侧向分型与抽芯机构，并对塑料材料性能进行了分析。根据塑件的产品数量要求，以及结构要求，该模具采用一模二腔。设计时利用三维参数化设计软件Solid Edge进行塑件的三维造型、注塑模具的零件造型以及装配设计等，从而完成整套模具的结构设计。在具体方法上，先用Auto CAD对模具装配进行初步结构设计，再采用Solid Edge对模具装配进行三维建模，验证其结构的合理性。最后对二维图进行校核，完成模具的零部件结构和装配图纸并编制说明书，系统化的完成整个注塑模具的设计工作。本文对模具设计和制造过程中需要考虑的诸多因素做了详细的分析，并给出了相应的解决方法和证明。同时应用Solid Edge可快捷的将三维图转化为二维工程图，直接指导生产。针对塑件的特点，本模具设计了侧抽芯滑块机构，也构成了本次模具设计的主要内容。

关键词 ：注射模，参数化设计，侧抽芯滑块，卡盖

ABSTRACT

In this paper, card detail covered the process of injection mold design. Injection mold design various systems, such as pouring system, and location-oriented institutions, the lateral sub-type and core-pulling mechanism, and plastic material properties were analyzed. Products based on the number of plastic parts, as well as the structure of the mold using a mold cavity 2. The design parameters of the use of three-dimensional design software Solid Edge for three-dimensional modeling of plastic parts, injection mold parts, such as modeling and assembly design, thus completing the structural design of the entire mold. In specific ways, the first mold assembly of Auto CAD preliminary structural design, re-use of Solid Edge assembly of three-dimensional modeling tool, to verify the rationality of its structure. Finally, to check on the two-dimensional map to complete the mold structure and assembly drawings of parts and components and the preparation of manuals, to complete the systematic design of injection mold. In this paper, the design and manufacture of molds and the need to consider many factors to do a detailed analysis, and the corresponding solutions and prove that. At the same time, Solid Edge can be quickly applied to the three-dimensional map into a two-dimensional engineering drawings, production of direct guidance. For the characteristics of plastic parts, the die design of the side core pulling slider mechanism, but also constitute the main contents of mold design.

Key words ：Injection mould，Parameterization design，Side core slide mrvhsnidm，Card cover

目录

第一章 前言 ........................................................ 1

1.1 模具行业发展的现状 ............................................ 1 1.2 我国模具发展的现状 ............................................ 1 1.3 参数化技术慨述 ................................................ 2 1.4 选题目的以及意义 .............................................. 3

第二章 塑件成型工艺性分析 ..................................... 4

2.1 卡盖三维模型及二维图 .......................................... 4 2.2 结构特征分析及成型工艺性分析 .................................. 5 2.2.1 结构特征分析 .............................................. 5 2.2.2 成型工艺性分析 ............................................ 5 2.2.3 塑件材料的基本性能 ........................................ 5 2.2.4 塑料的成型收缩率 .......................................... 5 2.2.5 塑件材料的流动性 .......................................... 6

第三章 塑件成形工艺与设备 ..................................... 7

3.1 利用MOLDFLOW进行模料流动性分析 ................................. 7 3.1.1 专业模流分析软件Moldflow概述 ............................. 7 3.1.2 流动分析原理 .............................................. 7 3.1.3 Moldflow在卡盖模具设计中的具体运用 ........................ 7 3.1.4 Moldflow充填结果分析 ...................................... 9 3.2 塑成型工艺条件 ............................................... 13 3.2.1 温度 ..................................................... 13 3.2.2 压力 ..................................................... 13 3.2.3 时间 ..................................................... 13 3.3 注射机型号的确定 ............................................. 14 3.3.1 由公称注射量选择注射机 ................................... 15 3.3.2 由锁模力选择注射机 ...................................... 15 3.4 型腔数量以及注射机有关工艺参数的校核 ......................... 16 3.4.1 数量校核 ................................................. 16 3.4.2 注射量校核 ............................................... 16

3.4.3 锁模力的校核 ............................................. 17 3.4.4 注射压力校核 ............................................. 17 3.4.5 安装尺寸校核 ............................................. 17 3.4.6 开模行程校核 ............................................. 19

第四章 注射模具结构设计 ....................................... 20

4.1 型腔的确定 ................................................... 20 4.2 制品成型位置及分型面的选择 ................................... 20 4.3 浇注系统设计 ................................................. 21 4.3.1 主流道设计 ............................................... 22 4.3.2 冷料穴的设计 ............................................. 23 4.3.3 分流道设计 ............................................... 24 4.3.4 浇口的位置、数量的确定 ................................... 24 4.3.5 剪切速率的校核 ........................................... 25 4.3.6 排气系统设计 ............................................. 26 4.4 成型零部件设计 ............................................... 27 4.4.1 凹模结构设计与计算 ....................................... 27 4.4.2 型芯结构设计与尺寸计算 ................................... 28 4.5 模架的选用 ................................................... 29 4.5.1 型腔侧壁以及底板厚度尺寸 ................................. 29 4.5.2 模具高度尺寸的确定 ....................................... 30 4.6 导向与定位机构 ............................................... 31 4.7 脱模机构的设计 ............................................... 33 4.7.1 脱模力的计算 ............................................. 33 4.7.2 推杆脱模机构设计 ......................................... 34 4.8 侧向分型与抽芯机构设计 ....................................... 35 4.8.1 斜导柱的设计 ............................................. 36 4.8.2 滑块的设计 ............................................... 38 4.8.3 楔紧块的设计 ............................................. 40 4.8.4 斜导柱抽芯机构中的干涉现象 ............................... 40

第五章 冷却系统设计 ............................................ 41

5.1 冷却系统的设计原则 ........................................... 41 5.2 冷却系统的计算 ............................................... 41

第六章 模具的装配与调试 ....................................... 44

6.1 装配总图 ..................................................... 44 6.2 模具工作原理 ................................................. 45 6.3 模具的装配过程 ............................................... 45 6.4 试模过程 ..................................................... 46 6.4.1 试模过程中可能产生的缺陷、原因以及调整方法 ............... 46 6.4.2 试模过程记录 ............................................. 48 6.5 模具成型零部件材料的选择 ..................................... 48

结 论 ............................................................... 50 参考文献 ............................................................ 51 致 谢 ............................................................... 52 附录 1 ............................................................... 53 附录 2 ............................................................... 54

第一章 前言

1.1模具行业发展的现状

模具行业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。二十一世纪世界制造加工业的竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出了新的挑战，产品需求的多样性要求塑件设计的多品种、复杂化，市场的快速变化要求发展产品及模具的快速设计制造技术，全球性的经济竞争要求尽可能地降低产品成本、提高产品质量，创新、精密、复杂、高附加值已成为注塑产品的发展方向，必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。

当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。有关数据表明,目前仅汽车行业就需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台；到2010年,在建材行业,塑料门窗的普及率为30％,塑料管的普及率将达到50％。这些都会导致对模具的需求量大幅度增长。近来我国模具工业发展迅速，目前已呈现出市场广阔、产销两旺的局面。深圳周边及珠江三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达、科技含量最高的区域，预计有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。其次，浙江东部的余姚、宁海、黄岩温州等地区的塑料模具工业发展也非常快。 相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片辉煌。

1.2我国模具发展的现状

虽然近几年来，我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求，然而精密加工设备还很少，一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。许多先进的技术如ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术的普及率还不高，我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在国外发达国家模具标准化程度为70％～80％，而

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我国只有30％左右。如能广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期25％～40％，并可减少由于使用者自制模具件而造成的工时浪费。现在应用模具CAD／CAM技术设计模具已较为普遍，随着通用机械CAD/CAM技术的发展，塑料注射模CAD/CAM已经不断的深化。从上世纪60年代基于线框模型的CAD系统开始, 到70年代以曲面造型为核心的CAD/CAM系统，80年代实体造型技术的成功应用，90年代基于特徵的参数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用CAD/CAE/CAM技术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的CAD/CAE/CAM系统。而且通过推广使用模具标准件，实现了部分资源共享，这样就大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展CAD／CAM技术、提高模具的精密度有重要意义。因此，模具成为国家重点鼓励与支持发展的技术和产品。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。

1.3参数化技术慨述

参数化技术是当前CAD技术重要的研究领域之一，通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动。在设计过程中，系统自动地捕获用户的设计意图，并把各个设计对象以及对象之间的关系记录下来，当用户修改图纸中的设计参数时，系统能够自动地更新图纸，使图纸中反映用户设计意图的设计对象之间的关系依旧可以维持。参数化设计技术以其强有力的草图设计、尺寸驱动修改图形功能，极大地改善了图形的修改手段，提高了设计的柔性，在慨念设计、初始设计、产品建模及修改系列设计、多方案比较、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，并体现出很高的应用价值，能否实现参数化目前已成为评价CAD系统优劣的重要技术指标。

Pro/ENGINEER 集合了零件设计、产品组合、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、自动量测、机构仿真、应力分析等功能于一体。是塑料模具实现参数化的一个必备的软件。EMX（Expert Moldbase Extension）是PRO/E系统中的一个外挂模块，专门用来建立各种标准模架及模具标准件和滑块、斜销等附件，能够建立冷却水管，能够自动产生模具工程图和明细表，还可以模拟模具开模过程进行动态仿真和干涉检查，并可将仿真结果输出成视频文件，是个功能非常强大且使用非常方便的模具设计工具。

本设计结构和模架设计是利用模架设计专家系统设计的。型腔和型芯设计可以在EMX里设计，也可以事先在PRO/E的制造模块里完成。本设计有一部分是在EMX里完成。在模架调入之后可以根据需要添加、删除各种模具零件。也可以修改现成的标准

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件使之满足自身设计。完全的参数化设计，使用非常方便。

Pro/ENGINEER参数化设计的特性：

(1)．3D实体模型除了可以将用户的设计思想以最真实的模型在计算机上表现出来之外，借助于系统参数，还可以随时计算出产品的体积、面积、重心、重量、惯性大小等，可极大的减少设计人员的计算时间。

(2)．Pro/ENGINEER可随时由3D实体模型产生2D工程图，且可自动标示工程图尺寸。不论在3D还是2D图形上作尺寸修正。其相关的2D图形或3D实体模型均自动修改，同时组合、制造等相关设计也会自动修改，如此可确保数据的正确性，并避免反复修正的耗时性。

(3)．以特征作为设计的单位。可随时对特征做合理、不违反几何顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。

1.4 选题目的以及意义

毕业设计将总结专业基础和专业技术的学习成果,锻炼和开发学生的综合运用能力。本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的模具。该塑件为卡盖，它是配在瓶上用的一种盖子，由于是配用，批量不是很大，为中批量生产。其结构有点复杂，该塑件的模具有一个典型结构——侧抽芯滑块机构。这个课题能充分体现专业知识，对模具设计能力有一定的锻炼。

通过对卡盖注射模具的设计，可以巩固专业知识为以后从事本专业实际工作和研究工作奠定了重要的思想基础，也同时具有一定的初步开发模具能力。另外加深了对机械基础知识的应用。提高了整体的设计能力。

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第二章 塑件成型工艺性分析

卡盖三维模型及二维图

图2.1 卡盖三维模型

材料ABS，中批量生产，未注公差等级 IT4

图2.2 卡盖二维图

4

2.1

2.2结构特征分析及成型工艺性分析

2.2.1结构特征分析

该塑件为卡盖，其二维图尺寸如图2-2所示，塑件的壁厚为4mm,为中批量生产，材料为ABS，成型工艺性好，可以注射成型。

2.2.2成型工艺性分析

根据塑件的用途以及塑料的性质分析其表面质量，确定塑件的精度等级要求为：IT4；其中塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。

为了便于塑件从模腔中脱出或从塑件中抽出型芯，塑件设计时须考虑其内外壁面应该有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与塑料性能、塑件几何形状有关。该塑件壁厚约为4mm，大开口处有5o的斜角，小开口处有3o的倾角，这样足以使型芯很容易抽出。为了容易使大的侧抽芯容易抽出可以查参考文献中的表2-19 ，脱模斜度（型芯）：1o。

[1]2.2.3 塑件材料的基本性能

本塑料制件采用ABS成型，密度为1.02至1.16 g/cm。全称为苯乙烯——丁二烯——丙烯腈共聚物，它是一种三元共聚物，拥有三种组元的共同性能，使其具有“坚韧，质硬，刚性”的特点。ABS树脂具有较高的的冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好。而且有易成型和机加工的特点。此外，表面还可以镀铬，成为塑料涂金属的一种常用材料。它是一种无定形材料，吸湿性强，其吸水率（24h）:0.2%～0.3%；含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件要求长时间预热干燥。其拉伸弹性模量为1800～2900MPa，弯曲强度：99～134MPa；与钢的摩擦因数为0.21。在设计时候要注意浇注系统的料流阻力小，浇口处外观不良，易发生熔接痕，要注意选择浇口位置、形式。顶出力不宜过大。

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2.2.4 塑料的成型收缩率

塑件从模具中取出到冷却至室温会发生尺寸收缩，这种性能称收缩性。查参考文献[1]中的表2-16该塑料的成型收缩率（%）：0. 4～0.7；由于收缩不仅与树脂的热胀冷缩有关，还和各成型因素有关，所以将成型后塑件的收缩称成形收缩。影响收缩的

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因素主要有：1.塑料品种 2.塑料特性 3.模具结构 4.成形工艺。这里取计算成型收缩率为0.5%。

2.2.5 塑件材料的流动性

塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称为流动性。这是模具设计时必须考虑的一个重要工艺参数。流动性大易造成溢料过多，填充型腔不密实，塑件组织疏松，树脂、填料分头聚积，易粘模、脱模及清理困难，硬化过早等弊病。但流动性小则填充不足，不易成形，成形压力大。所以选用塑料的流动性必须与塑件要求、成型工艺及成形条件相适应。ABS的流动特性属非牛顿流体。查参考资料[2]可以知道ABS流动性中等。影响塑料流动性的因素一般有1.温度 2.压力 3.模具结构。

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第三章 塑件成形工艺与设备

3.1利用Moldflow进行模料流动性分析

3.1.1 专业模流分析软件Moldflow概述

对于注塑成型工艺而言，最重要的要素是控制塑料在模具中的流动方式。制品的许多缺陷，如气穴、熔接痕、短射乃至制品的变形、冷却时间等，都与塑料在模具中的流动方式密切相关。Mold flow通过对熔体在模具中的流动行为进行模拟，能够准确预测出熔体的填充、保压、冷却情况，制品中的应力分布、分子和纤维取向分布，以及制品的收缩和翘曲变形等情况，可以预测和显示熔体流动前沿的推进方式、填充过程中的压力和温度变化、气穴和熔接痕的位置等，帮助工艺人员在试模前对可能出现的缺陷进行预测，找出缺陷产生的原因并加以改进，提高一次试模的成功率。因此，本模具设计过程采用Moldflow进行优化设计。

选择浇口位置 网格划分 输入CAD 模型 选择材料 选择注射机 3.1.2 流动分析原理

注射成型充模过程的数值模拟是建立在数学模型与算法的基础上的。充模过程是一个瞬变，非等温流动过程。它由连续性方程、动量方程和质量方程控制。Moldflow可基于其方程含义，借助简单虚拟过程，用类似的原理进行充填的模拟。

采用Moldflow可使注塑成型从制品设计、模具设计到注塑工艺的确定完全在并行工程的环境下进行，不仅克服了传统的串行设计中复杂的数学计算和产品开发周期长的缺点，而且提高了开模的成功率，优化了注塑成型的

确定注塑条件 设定分析参数 分析计算 填充问题解决 流道平衡 保压曲线确定 图3.1 典型的流动分析步骤工艺条件，降低了产品的开发和制造成本。典型的流动分析过程如图3.1所示。

3.1.3 Moldflow在卡盖模具设计中的具体运用

3.1.3.1 调入文件

前面已经分析了该塑件的工艺和成型材料，把Solid Edge中建立的模型，通过转

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化为STL文件格式读入MPI。

3.1.3.2 网格的划分

网格是整个数值仿真计算的基础，所以网格的划分和处理在整个分析中占有很重要的地位。Moldflow对注塑产品成型仿真及分析，采用的基本思想是工程领域中最为常用的有限元方法，也就是利用假象的线（或面）将连续介 质的内部和边界分割成有限大小的、有限数目的、离散的单元来研究。这样，就把原来一个连续的整体简化成有限个单元的体系，从而得到真实结构的近似模型，最终的数值计算就是在这个离散化的模型上进行的。直观上，物体被划分成“网格”状，在Moldflow中就将这些单元称为网格（mesh）。

在导入模型的时候选取划分网格的类型为表面网格（Fusion），然后，在网格划分高级选项中把Goble edge length设置为3mm，IGES Merge tolerance（合并容差）设为0.1mm，进行网格的自动生成。系统经过一段时间的计算，便会生成出带有网格形状的塑件图。进行网格划分后得到2555个单元，对不合格的网格要进行处理，得到最优化的网格。从网格统计中可以看到：网格最大纵横比约为9.7，网格平均纵横比约为6.84，网格匹配率为90.0%，0个零面积单元，没有相交单元，可见这样的网格结构是非常好的。网格的修正很有可能加重和扩大这种误差，因此在完成了网格的修正以后，要检查制件模型的厚度是否符合实际，如果与实际不符，要进行相应的属性修改。

3.1.3.3 工艺条件

根据所选材料ABS的工艺要求，查2-16[9]得到ABS工艺参数为：模温50OC～70 OC，料温165 OC～180 OC，最大裂解料温270 OC，顶出温度85 OC，最大减切应力0.3Mpa，最大减切率50000 1/s，注射时间为3s。

完成了分析前的处理后，选择工艺参数采用默认值，设置熔体温度220oC，型腔温度80oC，注射时间为2.33s。利用Moldflow中的优化分析寻找最佳浇口位置。本次设计采用了两种方案：第一中方案为底部台阶上的侧浇口，第二种方案为塑件最顶部的点浇口。如图3.4所示。根据模流分析结果可知，该塑件应该采用点浇口更为合适。 3.1.3.4 组合塑件模拟结果

本模具本来设置为一模二腔，成一排分布，采用点浇口进料（见图3.2）。选择前几步得到的结果，由于该塑件小，所以采用一个浇口就可以满足注塑的要求。于是用简单的点浇口作为浇注系统，进行填充过程的模拟，可得到填充时间、填充压力、熔体前沿的温度、熔体温度在制件厚度方向的分布、熔体的流动速度、分子趋向、剪切

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速率及剪切应力、气穴及熔接痕位置等，并直观地显示在计算机屏幕上，从而帮助工艺人员找到产生缺陷的原因。表3-1和图3.3填充过程模拟得到的部分结果。

图3.2

3.1.4 Moldflow充填结果分析

在流动分析的过程中，通过分析结果得：表3-1显示了相等时间间隔内的注塑体积百分比、压力、锁模力、流动速率和控制状态。其中，控制状态指的是填充过程中采用的是Velocity Control（速度控制）还是Pressure Control（压力控制）。MPI默认的控制方式是先进行Velocity Control，当模腔填充到98.8%的时候转换为Pressure Control。从图3.6可以直观的看出，在2.26s时就发生了速度和压力控制的转换。通过对Moldflow充填结果的分析；得到了一系列该塑件的成型数据表3-1，有利于后面模具的设计。

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表3-1

Filling Analysis

Residual Stress Analysis

analysis is beginning ....

Filling phase: Status: V = Velocity control P = Pressure control

V/P= Velocity/pressure switch-over |-------------------------------------------------------------| | Time | Volume| Pressure | Clamp force|Flow rate|Status | | (s) | (%) | (MPa) | (tonne) |(cm^3/s) | | |-------------------------------------------------------------| | 0.14 | 3.61 | 8.26 | 0.08 | 16.45 | V | | 0.27 | 7.78 | 11.66 | 0.14 | 18.57 | V | | 0.40 | 12.57 | 12.01 | 0.15 | 18.81 | V | | 0.54 | 17.42 | 12.25 | 0.16 | 18.84 | V | | 0.70 | 23.37 | 12.47 | 0.16 | 18.90 | V | | 0.81 | 27.44 | 12.54 | 0.16 | 18.91 | V | | 0.95 | 32.42 | 12.60 | 0.17 | 18.93 | V | | 1.10 | 37.72 | 12.64 | 0.17 | 18.94 | V | | 1.23 | 42.45 | 12.67 | 0.17 | 18.94 | V | | 1.34 | 46.51 | 12.69 | 0.17 | 18.94 | V | | 1.52 | 53.03 | 12.71 | 0.17 | 18.94 | V | | 1.65 | 57.48 | 12.73 | 0.17 | 18.95 | V | | 1.76 | 61.69 | 12.74 | 0.17 | 18.95 | V | | 1.88 | 65.91 | 12.75 | 0.17 | 18.95 | V | | 2.02 | 70.95 | 12.76 | 0.17 | 18.95 | V | | 2.15 | 75.66 | 12.78 | 0.18 | 18.94 | V | | 2.30 | 81.07 | 12.87 | 0.19 | 18.93 | V | | 2.42 | 85.68 | 12.91 | 0.20 | 18.95 | V | | 2.55 | 90.11 | 12.94 | 0.21 | 18.95 | V | | 2.68 | 94.82 | 12.96 | 0.22 | 18.95 | V | | 2.80 | 98.88 | 13.25 | 0.36 | 18.93 | V/P | | 2.81 | 99.21 | 10.60 | 0.30 | 10.39 | P | | 2.82 | 99.36 | 10.60 | 0.29 | 10.38 | P | | 2.85 | 99.85 | 10.60 | 0.43 | 8.63 | P | | 2.85 |100.00 | 10.60 | 0.51 | 8.63 |Filled |

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图3.3为填充时间分析的结果图示。从分析结果的图中可看出，浇口填充的时间还是比较快，在2. 85s内完成了充填。符合要求；图3.5.d注射点压力在2. 8s的时候达到最大图3.5.b所示的填充、保压转换点压力13.25Mp。该压力与螺杆速率有关；图3.5.c 气泡图中小圆点圈的位置就是气穴的位置，从图中可以看出，大部分都分布在分型面处，这样的分布的好处就是容易将气体从模腔中排出，否则就要通过修改浇口位置、改变制件区域壁厚或者修改制件设计等方法来改变困气的位置，而从图中可看出不存在类似问题，所以可以比较有效的防止制件出现气泡、焦痕等相关缺陷；图3.5 f为流动的前沿温度，合理的温度分布应该是均匀的，即这个模型的温差不能太大，从图看出，结果温度最大最小差值为230C，温差属中等，还是能接受的；图3.5. h锁模力在 0. 15tonne左右，根据这个结果，可以对模具进行校核；图3.5. i熔接线，它与塑件的造型和注塑条件有关系。图中的熔接线很少，可见改塑件的造型和成型条件比较合理。

a. 充填时间 b. 填充，保压转换点压力

c. 气泡 d. 注射点压力

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e. 注塑重量百分比 f. 流动前沿温度

g. 厚度方向上的加权温度 i. 熔接线

h 锁模力

图3.3点浇口进料制件模流分析结果

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3.2塑成型工艺条件

3.2.1温度

注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。ABS塑料与温度的经验数据查参考资料[5]如表3-1所示。

表3-1 温度的经验数据

料筒温度 /℃ 喷嘴温度/℃ 后 段 180～200 第36页

中 段 210～230 前 段 200～210 180～190 50～70 模具温度/℃ 资料来源： 陈志刚主编．塑料模具设计．北京：机械工业出版社，2003年2月，

3.2.2压力

注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像ABS流动性一般的塑料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.4～27.5MPA。

3.2.3时间

完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为3～5秒，保压时间一般为20～120秒，冷却时间一般为30～120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如表3-2所示。

13

表3-2 成型周期与壁厚关系

制件壁厚 /mm 0.5 1.0 1.5 2.0 月，第87页

成型周期 / s 10 15 22 28 制件壁厚 / mm 2.5 3.0 3.5 4.0 成型周期 / s 35 45 65 85 资料来源：黄虹主编． 塑料成型加工与模具． 北京：化学工业出版社，2003年3

经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示。

表3-3 制品成型工艺参数初步确定

内容 注塑机类型 喷嘴形式 喷嘴温度(℃) 中段温度(℃) 注射压力(MPa) 注射时间(s) 冷却时间(s) 成型周期(s) 预热干燥温度(℃) 特性 螺杆式 直通式 175 210～230 80 4 25 60 80～95 内容 螺杆转速（r/min） 模具温度(℃) 后段温度(℃) 前段温度(℃) 保压力（MPa） 保压时间 （s） 其他时间（s） 成型收缩(%) 预热干燥时间(h) 特性 50 50 180～210 200～210 60 25 0.5 4～5 资料来源： 陈志刚主编．塑料模具设计．北京：机械工业出版社，2003年2月，第67页

3.3注射机型号的确定

注射模具是安装在注射机上使用的。在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用的注射机有关技术参数有全面了解，才能生产出合格的塑料制件。注射机为塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种。注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置和模并锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。

14

3.3.1由公称注射量选择注射机

利用PRO/E测量工具可以测得塑件体的体积为：V=19.696cm3。取其密度为1.1g/ cm，那么质量M=19.696cm?1.1g/ cm=21.667g。查参考文献[2] 流道凝量的体积一般取塑件体积0.5倍；由于该模具采用一模二腔，所以：

实际注射量为:V实=2×1.5V=2×1.5×19.696=59.088 cm3； 实际注射质量为：M实=2×1.5M=2×1.5×21.667=65.001g；

模具设计时，塑件成型所需的塑料熔体的总容量或质量需在注射机额定注射80%内。由此可得注射机所需体积最小为：59.088/80%=73.86cm3。

3

3

3

3.3.2由锁模力选择注射机

塑料制件在分型面上的投影面积为A1?2?2826?5652mm2流道凝料（包括浇口）在分型面上的上的投影面积A2 =0.35A1 =0.35·5652=1978.2 mm2 ；

A分= A1+ A2=5652+1978.2=7630.2 mm2

查参考文献[5]

=7630.2mm2 ·30MPa =7630.2 mm2×30×106Pa =228.906（KN）

式中 F锁注射机的公称锁模力（N）；A分塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；P型为型腔内熔体压力，查参考文献定注塑机为 SZ-100/60型注射机。

该注射机的主要技术参数如下所示：

[2]F锁?F胀=A分·P型 （3.1）

F锁?表5-1，取P型=30MPa ；

结合上面两项的计算，查参考文献（塑料模具设计指导）中的表13-1，初步确

[5]表13-2 注射机XS-ZY-125技术参数表

标准注射流量/cm 注射压力/MP螺杆转a3104 106 125 速150 螺杆（柱塞）直径/mm 30 45 42 注射行程/mm 球半径/mm 160 12 4 螺杆式 /(r/min) 注射时间/s 10~140 喷嘴 孔直径/mm 1.8 注射方式 15

R主?3.3Q主?Rn3?3.3?62.53.14?3.253?1.92?10S3?1

（2）分流道剪切速率的校核

Q分?Q主4?15.625（cm3/s)

Rn?5mm

R分?3.3Q分?Rn3?1.3?10S2?1

（3）浇口剪切速率的校核 Rn当=1mm。

Q浇?Q分?15.625cm/s

3

R浇?3.3Q浇?Rn3?1.8?10S4?1

从以上的计算结果看，流道与浇口剪切速率的值都落在合理的范围内，证明 流道与浇口的尺寸取值是合理的。

4.3.6 排气系统设计

排气系统的作用是在注射过程中，将型腔中的气体有序而顺利的排出，以免塑料件产生气泡，疏松等缺陷。如果排气不良有以下危害性：

（1）在塑件上形成气泡、银纹、云雾、接痕，使表面轮廓不清； （2）严重时在塑件表面产生焦痕； （3）降低冲模速度，影响成型周期； （4）形成断续注射，降低生产效率。

因此，及时有序的将气体排出是十分必要的。一般有以下几种排气方式： （1）排气槽排气； （2）分型面排气； （3）拼镶件缝隙排气； （4）推杆间隙排气； （5）粉末烧结合金块排气； （6）排气井排气； （7）强制性排气。

本塑件是小型塑件，结合塑件特点，可以采用分型面排气方式足以排气，因而不采用排气槽排气。

26

4.4 成型零部件设计

成型零部件的设计应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。其中最重要的是凹模和凸模尺寸的设计。成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸及高度尺寸，及孔中心距等。本设计中采用平均值法计算，其中：塑件的尺寸精度取IT4级精度。塑件尺寸的公差值可由参考文献[5]表3-1可得出。模具制造精度取?z?1/3?。具体的设计及计算如下。

4.4.1凹模结构设计与计算

凹模是成型塑件外表面的零部件，其结构类型有整体式和组合式。本塑料若采用整体式虽然结构简单、牢固、不容易变形，塑件无拼缝痕迹，但将造成加工困难，浪费材料，更换不便，增加成本等一系列问题。所以采用组合式。这样可以改善加工工艺性，减少热变形，节省优质钢材。将四壁加工，热处理、研磨抛光后压入模套。为使内壁接缝紧密，其连接处外侧留有0.4mm的间隙。配合H7/f7，具体见总装配图。凹模按其结构可分为六种，1.整体式凹模；2.整体嵌入式凹模；3.局部镶嵌式凹模；4.大面积镶嵌式凹模；5.四壁拼合式凹模；6.拼块式凹模。对于有侧凹的圆形塑件（如骨架类塑件和带有嵌件的塑件），为了塑件顺利地从凹模里取出来，凹模常用相同的两块或多块拼成，所以本产品采用组合式凹模。 4.4.1.1型腔的径尺寸计算

0054?0.32,4?0.14 塑件外形尺寸：600?0.32 ，

由参考文献[2]中的公式7-7得型腔的径向基本尺寸为：

Lm13????LS1?LS1Scp???4?0???z??60?60?0.005?0.75?0.32?0?60.006?0.110?0.11 （4.6）

同理

Lm2?54.003?0.110 ，

Lm3?3.915?0.0470

其中 Lm——型腔的基本尺寸（mm）；

Scp——塑料的平均收缩率，由

2.2.4可知Scp=0.005；

LS——塑件外形基本尺寸(mm)；

27

?z——模具制造公差，这里取?z?13?；

?——塑件4.4.1.2型腔的深度尺寸计算

塑件高度尺寸：100，80 ?0.16?0.16

由参考文献[2]中的公式7-11得型腔的深度尺寸为：

Hm???H?s?HsScp????3?02??z2????10?10?0.005??0.16?3??0?9.943?0.0530?0.053 （4.7）

?0.107同理Hm?7.9330

其中 Hs——塑件高度尺寸； Hm——型腔深度尺寸； ?z——模具制造公差?z??13?；

——塑件尺寸公差； ——塑料的平均收缩率；

Scp4.4.2 型芯结构设计与尺寸计算

型芯是用来成型塑件的内表面，本产品采用组合试型芯，上型芯连接方式为凸肩与A板连接，下型芯连接方式为螺钉连接。

4.4.2.1型芯径向尺寸计算

?0.28?0.12塑件的内形尺寸：460,20

由参考文献[2]中公式7-9得

lm13????ls?lSScp???4???z?0 ??46?46?0.005?0.75?0.28?0 （4.8） ?0.093?46.44?0.0930同理 lm2?2.10?0.04

其中 lm——塑件的内形尺寸(mm)；

Scp——塑料的平均收缩率, Scp=0.005；

lS——塑件内形基本尺寸(mm)；

28

?z——模具制造公差，这里取?z=?；

3?1——塑件尺寸公差。

4.4.2.2 型芯高度尺寸

?0.22?0.18?0.16塑件深度尺寸：200,130， 80

由参考文献[2]公式7-13得

hm12????hs1?hs1Scp???3???z?002????20?20?0.005??0.22?3???0.073?20.2470?0.073 （4.9）

同理 hm2?13.1850?0.06 ， hm3?8.1460?0.053

其中 hs——塑件深度尺寸； hm——型芯高度尺寸；

?z——模具制造公差，这里取?z=

?13?；

——塑件尺寸公差；

Scp——塑料的平均收缩率；

成型零件的尺寸对应凹模零件图，型芯零件图。

4.5模架的选用

注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者适用于模板尺寸为B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L为（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用非标准模架。

4.5.1 型腔侧壁以及底板厚度尺寸

在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力[?]时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进

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行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。

根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，按刚度校核原则：模具结构形式如图4.11所示：

图4.5模具结构形式

本塑件的模具是小型模具所以只要按强度条件校核即可。由6.1.1可知凹摸为组合式，查参考文献[5]表3-9可知以下计算公式以及相应的参数值。

?t强?r??????????2P型???1??31????????1??3.66mm?300?2?30?300 (4.10）

t‘强?1.22P型r4??2??1.22?30?314?3002?5.41mm (4.11)

式中 t强——按强度计算腔侧壁厚度（mm）；

r ——型腔内半径（mm），由塑件二维图2.2可知r= 23mm；

t'强——按强度计算底板厚度（mm）；

。

p型——型腔内熔融塑料压力（Pa），前面的3.2.1可知，p型=30MPa； ，预硬模具钢的[?]?300MPa[?]——模具钢的许用应力（Pa）

4.5.2模具高度尺寸的确定

30

各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：

（1）凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能确定，根据公式4-11知道，厚度满足11mm可满足要求，为了安全，取底板厚度为32mm，。凹模的底板因为是与注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以凹模底板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取凹模底板厚度为32 mm。

（2）推杆推出距离；在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为23mm左右，黏结在型芯上的尺寸约20 mm左右，所以当推出距离为20 mm时就能使塑件和型芯分离。

完成了以上的工作，确定模架的长×宽具体尺寸为200×200 mm。各模板的确定如下：

（a）A板的尺寸

本模具中A板为定模型腔固定板，根据下面斜导柱计算中的4.8.1.6中的式（4-24）可知，A板的厚度可取为29mm。

（b）B板的尺寸

B板为动模板，下型芯固定在上面其高度为58mm，在模板上需要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此B板厚度取51mm。

(c) C垫块尺寸

如果C垫板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯，需要满足下面关系式：

H－h1－h2－h3－h＞0 式中 H——C板高度；

h1——挡销高度，一般取(3-5)mm，这里取挡销的高度为4mm； h2——推板厚度；

h3——推杆固定板厚度； h——推出距离；

H?4?16?12.5?21?53.5mm

取C垫板的高度大于53.5mm即可，这里取垫板的厚度为63mm。

完成了以上的工作，确定该模具可用板面尺寸为200×200 mm，其中A板厚度29 mm，B板厚度51mm，C板厚度63mm的模架。

4.6导向与定位机构

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导柱导向机构是利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对合精度。注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构内容包括：导柱和导套的典型结构；导柱和导向孔的配合以及导柱的数量和布置。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。这里用导柱导向机构导向开合模，用复位杆来导向脱模机构的运动。设计导柱和导套需要注意的事项有：

1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。

2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出6~8 mm，以确保其导向与引导作用。 3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.5~2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。

4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。

为了保证模具的平稳性及协调性，顺利滑动，采用4对导柱导套对称布置。材料为20。导向机构的装配关系图4.10。

1-推杆2-复位杆3-推板固定板4-导套5-导柱6-支撑板7-推板

图4.6导向以及脱模装配关系图

32

4.7脱模机构的设计

脱模机构的设计有遵循以下原则：

1.塑件滞留于动模，以便于借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，使模具结构简单。

2.防止塑件变形和损坏，正确分析塑件对模腔的黏附力的大小及其所在部位，有针对性地选择适当的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。

3.力求良好的塑件外观，在选择顶出位置时候，应尽量设在对塑件外观影响不大的位置。在采用推杆脱模尤其要注意这个问题。

4.结构合理可靠，脱模机构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，且具有足够的强度和刚度。

脱模机构分类有多种方法，但主要以脱模装置结构特征分类较实用和直观，参考同类型零件的脱模机构，本塑件产品的脱模机构采用顶杆脱模机构。脱模机构的设计如图4.10。

4.7.1脱模力的计算

本产品为薄壁壳类零件，故查参考文献[4]中公式3-56可知脱模力为：

Q1??2??E?tL1cos??f?tan???1?u?K13?10B2?3.14?1.95?10?0.005?4?20?0.999??0.21?0.014??1?0.38??1.0032??E?tL1cos??f?tan???0 ?1542.4NQ2?? （4.12）

?1?u?K13?10B2?3.14?1.95?10?0.005?4?13?0.999??0.21?0.014??1?0.38??1.003?0 ?1002.5N?——塑件成型平均收缩率，??0.005；

L （4.13）

式中 E——塑料的拉伸模量（MPa），查参考文献[4]表3-29可知E?1.95?103MPa；

——塑件包容型芯的长度（mm）；

??'t——塑件的壁厚（mm）；

?——脱模斜度，?1?6，?2?330；

f——塑料与钢材之间的摩擦系数，f?0.21；

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u——塑料泊松比，u=0.38；

K1——K1?1?fsin?cos??1.003B

——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm2）。

由上面的分析可知，定模上型芯的脱模力为Q1?1542.4N，动模上的型芯的脱模力为Q2?1002.5N。动定模的脱模力相差不大，但由于该塑件有两个侧抽芯，因此在开模时，塑件一定会留在动模上。塑件所需要的最小脱模力为Q2?1002.5N。

4.7.2推杆脱模机构设计

推杆的形状有多种形式，等圆截面推杆应用最广，所以本设计推杆零件采用为等截面推杆。推杆脱模机构的设计有以下几个设计要点：

（1）推杆的顶出位置应该设在脱模阻力大的部位，盖，箱类塑件阻力最大的地方是侧面，在端面均匀设是最理想的。

（2） 推杆不设置在塑件薄壁处，以免塑件变形破损，当结构特殊需要时，应该增大顶出面积使塑件受力得以改善，可以采用顶出盘顶出。

（3） 推杆直径不宜过小，有足够强度，而且尽可能大的面积与塑件接触，当直径小于3时应该采用阶梯推杆，以加大推杆的刚度。

（4）推杆材料多用45钢或T8、T10等碳素工具钢制造，采用头部局部淬火，淬火硬度在50HRC以上，局部淬火长度为1.5倍推出行程与配合长度之和，表面粗糙度在Ra1.6um以下。 4.7.2.1推杆的固定形式

推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。本模具采用推杆固定板固定。 4.7.2.2推出机构的复位

脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。当使用复位杆复位时，复位杆必须和推杆在同一块板上，其长度必须一直，分布必须均匀，端面要与所在动模的分型面齐平。有的模具中复位杆可以省去，推塑件边缘的推杆直径可以稍微大点，一半推塑件，另一半就起到复位杆的作用。还有模具在推杆上装有弹簧，这样在合模时，推出机构就可先于合模动作而复位了。本设计采用复位杆复位机构。 4.7.2.3 推杆直径的计算

推杆推出塑件时候应该有足够的稳定性，其受力状态可简化为一端固定，一端铰支的压杆稳定性

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模型。推杆材料选用45号钢。推杆直径公式可查参考文献[4]式3-60，如下：

1?LQd????nE?2?4??mm??? （ 4.14）

式中 d——推杆直径（mm）；

?——安全系数，通常取??1.5； L——推杆长度（mm）； Q——脱模阻力（N）；

5 E——推杆材料的弹性模量，45号钢的E?2.1?10Pa；

n——推杆根数。

设推杆长度L=200mm，6=4；代入下式

1?LQd????nE??1.542?4??mm??2?200?1002.556?2.1?10 ?6.41mm （4.15）

取d=8，由参考文献[4]公式3-61进行校核如下：

?c?4Q?nd2 ?4?1002.53.14?8?82 （4.16）

?2.5MPa45号钢的?s?320MPa>?c，故d?4mm符合要求。 4.7.2.4推板厚度的确定

推板厚度按强度计算可按参考文献[2]中的公式8-8如下：

1?F? t??K?3???????31002.5????12.05??5.92mm58?? （4.17）

式中 K3——系数，按参考文献[2]中的表8-4可知K3?12.05； [?]——推件板材料的许用应力，材料为50号钢[?]?58MPa； F——脱模力（N）， 由4.7.1可知F=1002.5N。

根据计算以及所选模架确定模具推板的厚度为16mm。推板的形状如图4.10所示。

4.8侧向分型与抽芯机构设计

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