四川理工学院课程设（四通分线盒）

摘 要

模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中，60%~90%的工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、摩托车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。

随着我国经济的发展，国家经济建设持续稳定的发展，塑料制件的生产越来越广泛，塑料成型工业在基础工业中的地位日益重要。塑料成型所用的模具称为塑料成型模，是用于成型塑料制件的模具，它是型腔模中的一种类型。

模具CAD/CAM技术日益深入人心，并且发挥着越来越重要的作用随着微机技术的突飞猛进，新一代的微机CAD/CAM软件（如Solidworks）崭露头角，并深得用户好评。这些微机软件不仅在采用诸如NURBS曲面、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作战级CAD/CAM软件的有点。

本次课程设计较全面的介绍了四通分线盒注射模具的设计。对浇注系统、成型零件、脱模机构、斜顶杆侧抽芯机构、合模导向机构、温度调节系统、排气系统和部分零件的加工工艺做了完整的设计计算。本次课程设计中不仅参考了大量的纸质文献，而且查阅了大量的电子资料。所以本次课程设计较为完整。

关键词：塑料模具；CAD/CAM；四通分线盒；注射成型；

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Abstract

Mold is an important industrial products production technology and equipment, in modernindustrial production, 60% ~ 90% of the industrial productsneed to use mold, the moldindustryhas become the foundation for the development of the industry, a lot of new productdevelopment and development largely depends on mold production, especially in automobile,motorcycle, light industry, electronic, aviation, etc is particularly outstanding.

With the development of our national economy, the national economic construction sustained and stable development, the production of plastic parts is more and more widely, plastic molding industry in basic industry in an increasingly important position. The plastic forming mould called plastic molding die, is used for molding plastic mould parts, it is a type of cavity die.

Mould CAD/CAM technology increasingly thorough popular feeling, and plays a more and more important role with the rapid development of computer technology, a new generation of computer CAD/CAM software (such as Solidworks) come to the fore, and deep user high praise. These computer software not only in the NURBS surface, such as 3 d parametric feature modeling and other advanced technology inherited the work war level CAD/CAM software a little.

The curriculum design of a comprehensive introduction of the three way junction box injection mold design. The gating system, molding parts, demounting mechanism, inclined push rod side core-pulling mechanism, guide mechanism in mould clamping, temperature regulating system, exhaust system and parts processing technology to do a complete design calculation. The curriculum design is not only a lot of reference literature, but also in the Internet access to a large number of data, the design process more complete.

Key words: plastic mold ; CAD/CAM；four way junction box; injection molding;

II

目 录

摘 要 .................................................................. I Abstract ............................................................... II 第1章 绪论 ............................................................. 1

1.1塑料成型模具发展概况 .................................................................................................................. 1

1.2 注塑模具发展概况 ......................................................................................................................... 2

第2章 塑件的工艺分析及注塑机的选择 .................................... 3

2.1 塑件的材料分析 ............................................................................................................................. 3

2.1.1 聚氯乙烯工艺特性 ............................................................................................................... 3 2.1.2 高分子聚氯乙烯工艺特性 ................................................................................................... 3 2.2 塑件的工艺分析 ............................................................................................................................. 5

2.2.1 尺寸精度和表面粗糙度的分析 ........................................................................................... 6 2.2.2 形状、支撑面和圆角分析 ................................................................................................... 6 2.3 注塑机的选择 ................................................................................................................................. 7

第3章 注塑模结构设计及工艺分析 ........................................ 8

3.1 浇注系统的设计 ............................................................................................................................. 8

3.1.1 浇口设计............................................................................................................................. 8 3.1.2 浇注系统的选择与设计 ..................................................................................................... 9 3.2 分型面的选择 ................................................................................................................................ 11

3.2.1 分型面的确定 ......................................................................................................................11 3.2.2 排气槽的确定 ..................................................................................................................... 14 3.3 成型零部件的设计 ....................................................................................................................... 14

3.3.1 型腔数目的确定及型腔的布置 ......................................................................................... 14 3.3.2 型芯 型腔结构设计 ........................................................................................................... 15 3.4 结构零部件的设计 ....................................................................................................................... 19

3.4.1 标准模架的选择 ................................................................................................................. 19 3.4.2 支承零部件 ......................................................................................................................... 20 3.4.3 导向机构设计 ..................................................................................................................... 21 3.5 脱模及抽芯机构的设计 ............................................................................................................... 28

第4章 模温调节系统设计 ................................................ 29 总结 ................................................................... 32 参 考 文 献 ............................................................ 33 致 谢 ............................................................... 34

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四川理工学院课程设计（论文）

第1章 绪论

1.1塑料成型模具发展概况

整体来看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。一 些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不 应求的同时，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。

经过半个世纪的发展，塑料模具水平有了较大提高。在塑料管件模具方面已能，生产 19 万吨，上规模，高水平的企业越来越多！由于他的抗腐蚀、廉价等优秀 品质，被应用于我国现代化建设的各个领域。精密塑料模具方面，已能生产医疗 塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。所生产的这类塑件的尺寸精度、 同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平。还能生产厚度仅为 0.08mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达 0.02mm～0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了， 非淬火钢模寿命可达 10～30 万次，淬火钢模达 50～1000 万次，交货期较以前缩 短，但和国外相比仍有较大差距。

按照塑料成型制件成型方法的不同，塑料成型模具通常可以分为以下类：

（1）注射模 注射模又称注塑模。由注射机的螺杆或活塞，使料筒内塑化熔融的塑料，

经喷嘴、浇注系统，注入型腔，固化成形所用的模具。

（2）压缩模 压缩模又称压塑模或压胶模。借助加压和加热，使直接放入型腔内的塑

料熔融并固化成形所用的模具。

（3）压注模 压注模又称传递模。指压力铸造成形工艺中，用以成形铸件所使用 的金

属模具。压力铸造：将熔融合金在高压、高速条件下充型，并在高压下冷却凝固成形的精密铸造方法。

（4）挤出模 挤出模具属于成型模具的一种，只不过他的出料方式是通过挤出这个动作来

实现象。在铝异型结构广泛应用，也用在塑胶件中。在挤出机前端，用于做管材，或异型材。。 简而言之，模具是用来成型物品的工具，这种工具有各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工

（5）气动成型模 指利用气体作为动力介质成型熟料制件的模具。

1

第1章 绪论

除了上述介绍的模具外，还有浇注成型模、泡沫成型模、聚四氟乙烯冷压成型模和滚塑模等。

随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此 对模具

的要求也越来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展。超大型、超精密、长寿命、高效模具；多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。更高性 能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的、更为先 进的加工方法。各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工 艺也会不断得到发展。

1.2 注塑模具发展概况

注塑成型是最大量生产塑料制品的一种成型方法，二十多年来，国外的注塑 模 CAD

技术发展相当迅速。70 年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形 和长方形型腔内的流动情况进行分析。80 年代初，人们成功采用有限元法分析 三维型腔的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具 制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。近十多年 来，注塑模 CAD 技术在不断进行理论和试验研究的同时，十分注意向实用化阶 段发展，一些商品软件逐步推出，并在推广和实际应用中不断改进。

随着模具企业设计和加工水平的提高，注塑模具的制造正在从过去主要依靠 钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转 变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。

在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是 CAD/CAM 的 应用已远远不够。目前许多企业已经采用了 CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、 KBS、RE、CIMS、ERP 等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都 是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。 21 世纪市场要求高质量、低成本的产品，并且要求对各种不同的市场需求 作出快速的反应。模具制造技术的发展趋于专业化、标准化、集成化、智能化、 虚拟化、网络化，这将使模具行业发生巨大变革。 注塑模具中现在应用比较广泛的软件就是 SolidWorks 以及 PROE。较之 PROE 而言 ，SolidWorks 功能更强大 ，而且更专业 。

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第2章 塑件的工艺分析及注塑机的选择

2.1 塑件的材料分析 2.1.1 聚氯乙烯工艺特性

聚氯乙烯本色为微黄色半透明状，有光泽. 简称PVC。聚氯乙烯是世界上产量仅次于聚乙烯而占第二位的塑料。 （1）化学和物理特性刚性

化学和物理特性刚性HPVC是使用最广泛的塑料材料之一。HPVC材料是一种非结晶性材料。HPVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、辅助加工剂、色料、抗冲击剂及其它添加剂。HPVC材料具有不易燃性、高强度、耐气侯变化性以及优良的几何稳定性。HPVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。然而它能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。HPVC在加工时熔化温度是一个非常重要的工艺参数，如果此参数不当将导致材料分解的问题。HPVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。特别是大分子量的HPVC材料更难于加工（这种材料通常要加入润滑剂改善流动特性），因此通常使用的都是小分子量的HPVC材料。HPVC的收缩率相当低，一般为0.2-0.6%。 （2）聚氯乙烯的加工工艺

聚氯乙烯可以采用注塑、挤出、吹塑、压延、搪塑、发泡等成型工艺。对于增塑聚氯乙烯制品，成型加工前需先向聚氯乙烯粉料或颗粒料中加入增塑剂和其 它助剂进行预混，并进行塑化。将塑化后的配料准备成适于加工的形状，例如采用注塑、挤出工艺时，则需要挤出造粒；用于压延工艺时，需要先预压成软板。注塑成型主要用于硬聚氯乙烯。聚氯乙烯可以挤出成型各种型材，也可以挤出吹塑薄膜。

2.1.2 高分子聚氯乙烯工艺特性

塑件的原材料采用高分子聚氯乙烯（HPVC，以下皆以HPVC表示）属热塑性塑料。从实用性能上看，有较好的抗拉、抗弯、抗压抗冲击性能，有较好的电器绝缘性能。但热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体。从成型性能上看，易放出氯化氢，必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间，模具浇注系统应

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第2章 塑件的工艺分析及注塑机的选择

粗短，进料口截面易大，模具应有冷却装置。

1) HPVC的成型加工性能

(a)、HPVC的稀释性小，但为了提高流动性，提高塑件质量，宜先进行干燥处理。（b）、HPVC的热稳定差，极宜分解，是塑料中热稳定最差的一种，200℃时既会分解，分解时放出腐蚀性及刺激性气体，故必须加入热稳定剂。（c）、HPVC熔体黏度高，需要较高的成型压力，但压力过大又易造成熔体破裂，为此，注射操作中宜采用中、低速进行，避免高速充模。（d）、HPVC的粘流态温度距热分解温度很近，成型温度范围很窄，为此要严格控制料湿。（e）、HPVC熔体在分解时会放出氯化氢气体，它有很强的腐蚀作用，故对加工HPVC的设备和模具应有良好的防腐措施，确保其不受腐蚀（f）、HPVC的模具浇注系统应粗短，进料口截面应粗大，流道中不得有滞料死角。（g）、HPVC的成型温度范围较窄，为尽快冲模，应尽量减少熔料的滞留时间。（h）、HPVC充模时各处的温度应尽量均匀，温差应不超过5℃，否则会造成内应力过大。（I）、HPVC熔体的冷却速度快，成型周期应尽量短，一般成型周期为40S～80S。（j）、HPVC熔体宜采用螺杆式注射机成型，喷嘴以用直通式为好，孔径宜大。

2）HPVC的注射工艺参数 （a）、注射机：螺杆式

（b）、螺杆转速(r/min)：20～40 （c）、料筒温度（℃）：后段：150～160 中段：165～170 前段：170～180

（d）、喷嘴温度（℃）： 150～170 ；喷嘴形式：自锁式。 （e）、模具温度（℃）： 30～60 （f）、注射压力（MPA）：80～130 （g）、保压压力（MPA）：80～130

（h）、成型时间（S）：注射40～60；保压2～5；成型周期10～30；冷却10～20。

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3) HPVC 的主要技术性能指标

表 2-1HPVC 的主要技术性能指标（来自《塑料模设计手册(软件版》）

密度（g/cm^3） 质量体积（cm^/g） 吸水率24h/% 1.35---1.45 0.69---0.74 0.07---0.4 屈服强度/Map 抗拉强度/Map 拉弯弹性模量/Gap 35---50 35---50 2.4---4.2 玻璃化温度/℃ 熔点/℃ 87 160---212 抗弯强度/Map 弯曲弹性模量/Map ≥90 0.05---0.09 计算收缩率/% 比热容/（j/(kg*k)）

1260 抗弯强度/Map 抗剪强度/Map 2.2 塑件的工艺分析

塑料制件主要根据使用要求进行设计。要想获得合格的塑料制件，除考虑充分发挥所用塑料的性能特点外，还主要考虑塑件的结构工艺性，在满足使用要求的前提下，塑件的结构，形状应尽可能地做到简化模具结构，且符合成型工艺特点，降低成本，提高生产效率。

塑件如图2-1所示：

图2-1 四通塑件图

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第2章 塑件的工艺分析及注塑机的选择

2.2.1 尺寸精度和表面粗糙度的分析

(1)尺寸精度分析

塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸和产品要求尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。该四通分线盒零件无精度等级要求，根据课本《塑料成型工艺与模具设计》表3.1 塑件公差数值表（GB/T 14486-1993） 该制件取一般等级 MT5 级精度，塑件平均壁厚为 3mm,壁厚均匀，有利于零件成型。 （2）表面粗糙度分析

塑料制件表面粗糙度除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等瑕疵外，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。塑件的表面粗糙度主要与模具的型腔表面的粗糙度有关。一般来说，模具表面的要比塑件低 1~2 级。塑 件的表面粗糙度 Ra 一般为 0.8~0.2 ? m。模具在使用过程中，由于型腔磨损而使 表面粗糙度值不断加大，所以应随时给予抛光复原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明塑件则根据使用情况来决定它们的表面粗糙度。 综上考虑，此次设计的塑件为透明塑件，所以型芯型腔的粗糙度值应该相同， 加上塑件的表面要求光滑，故塑件的粗糙度值 Ra 定为 0.6 m。

2.2.2 形状、支撑面和圆角分析

（1）形状分析

塑件的几何形状预成型方法、模具分型面的选择、塑件是否能水利成型和出 模等有之间的关系。所以是十分重要的环节。根据塑件分析，采用的是平面分型 面。由于塑件在冷却过程中产生收缩，因此在脱模前会紧紧地包住型芯或模腔中 的其他凸起部分。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，在设计 时应考虑与脱模方向平行的塑件内外表面具有一定的脱模斜度。 脱模斜度设计的要点:

⑴塑件精度高，采用较小脱模斜度； ⑵尺寸高的塑件，采用较小脱模斜度； ⑶塑件形状复杂不易脱模，选用较大斜度； ⑷增强塑料采用较大的脱模斜度； ⑸收缩率大，斜度加大；

⑹含润滑剂的塑料采用较小脱模斜度；

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四川理工学院课程设计（论文）

⑺从留模方位考虑:

综上考虑，脱模斜度不宜太小，所以采用的型芯脱模斜度为20?~45?，型腔脱模斜度为25?~45?。 （2）圆角分析

为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动情况和便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，均应采用过度圆弧。此外圆弧还使塑件变得美观，并且模具型腔在淬火或使用时也不致因应力集中而开裂。所以此次塑件中未注圆角半径为 R 2～3mm 满足圆角设计要求。

2.3 注塑机的选择

根据塑件的体积或质量大致确定模具的结构，初步确定注射机型号，了解所使用的

注射机与设计模具有关的技术参数，如：注射机定位圈的直径，喷嘴前端孔径及球面半径，注射机最大注射量，锁模力，注射压力，固定模板和移动模板面积大小及安装螺孔位置，注射机拉杆的间距，闭合厚度，开模行程，顶出行程等。并且根据注射量（容积）不能大于注射机额定注射量的80%：V注<=0.8V额。注射量不能小于注射机额定注射量的20%: V注>=0.2V额。注射机的校核以下三种方式：1）锁模力的校核。2）最大注射力校核。3）开模行程校核。综上所述，故选用型号为XS—ZY—250型卧式注射机。

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第3章 注射模结构设计及工艺设计

第3章 注塑模结构设计及工艺分析

3.1 浇注系统的设计

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

3.1.1 浇口设计

本设计浇口使用直接浇口，故只需要一个浇口。浇口亦称进料口，是连接分流道和型腔的通道。选择浇口位置时， 尽量缩短流动距离 (1)避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 (2)浇口应开设在塑件壁厚处 (3)考虑分子定向的影响 (4)减少熔接痕提高熔接强度 (5)有利于排气和塑件外观的质量。综合上述，该塑件为等厚、对称的形状，因此浇口选择塑件的中心位置最有利。

图3-1浇口位置的选择

根据常用浇口设计，比较一下下面的浇口形式以及查阅《塑料成型工艺与模 具设计》课本知，HPVC 材料更适合直浇口，故本设计选用直浇口。 直浇口特点：浇口尺寸较大，流程又短，流动阻力小，进料快，压力传递好，保压 补缩作用强，利于排气和消除熔接痕。但浇口去除困难，且遗留痕迹明显，浇口 附近热量集中，冷凝速度慢，故内应力大，且易产生气泡缩孔等缺陷。

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四川理工学院课程设计（论文）

3.1.2 浇注系统的选择与设计

浇注系统的设计原则：①了解塑料的成型性能。②尽量避免或减少产生熔接痕。③有利于型腔中气体的排除。④防止型芯的变形和嵌件的位移。⑤尽量采用较短的流程充满型腔。⑥流动距离比的校核。

为了让主流道凝料能够从浇口套中顺利拔出，主流道设计成圆锥型。其锥角?为2 o～6 o，小端直径d比注射机喷嘴直径大0．5n／mm。由于小端直径的前面是球面，其深度为3～5mm。注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大1～2mm．流道的表面粗糙度值Ra为0.08 u m。

由于该塑件为大批量生产，所以主流道应设计为可拆卸，可更换的主流道浇口套，因而该塑件所选取的主流道浇口套为如下图所示：

(1)主流道球面半径

主流道入口的凹坑球面半径 R,应该大于注射机喷嘴球头半径的 1～2mm.反 之,两者不能很好的贴合,会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难. SR=注射机喷嘴球头半径+1～2

取 SR=12+1=13mm (2)主流道长度 L

一般按模板厚度确定，取 L=80mm 主流道大端直径 D=d+2Ltg(α/2) ≈10mm 取 D=10m

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图3-2主流道的选择 第3章 注射模结构设计及工艺设计

所以浇注系统的基本尺寸为：

d=5mm, D=10mm, L=80mm, H=3mm, а=2 SR=13mm (3)充型时间

由注塑机的工艺参数以及塑件的体积、质量得到的充型时间 t=50s

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3.2 分型面的选择

注射模分成由导向机构（导柱与导套）导向与定位的动模和定模两个部分。注射成型后，塑料制件从动、定模部分的接合面之间取出，这个接合面称为分型面。

3.2.1 分型面的确定

分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，分型面的类型、形状及位置与模具的整体、浇注系统的设计，塑件的脱模机构和制造工艺等都有关。分型面主要有以下五种形式：a)平直分型面 b）倾斜分型面 c）阶梯分型面 d）曲面分型面 e）瓣合分型面

图3-4分型面形式

分型面的选择应该遵守如下的规定： （1）分型面选在塑件外形最大轮廓处 （2）分型面的选择有利于塑件的顺利脱模

由于注射机的顶出装置在动模一侧，所以分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于在动模部分设置的推出机构工作，若在定模内设置推出机构就

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第3章 注射模结构设计及工艺设计

会增加模具的复杂程度。

（3）分型面的选择应满足塑件的精度要求

同轴度要求较高的塑件，选择分型面时最好把有同轴度要求的部分放置在模具的同一侧，另外，与分型面有关的合模方向尺寸，其尺寸精度因分型面在注射过程中有胀开的趋势而受到影响。

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（4）分型面的选择应满嘴塑件外观质量要求 （5）分型面的选择有利于模具的加工制造

通常在模具设计中，选择平直分型面居多。但为了便于模具的制造，应根据模具的实际情况选择合理的分型面。

（6）分型面的选择有利于排气

分型面的选择与浇注系统的设计应同时考虑，为了使型腔有良好的排气条件，分型面应尽量设置在塑料熔体流动方向的末端。

综合上述考虑，同时从所提供的塑件图样上可以看出塑件为中心对称。根据其特点和表面质量要求，最终采用平面分型面，这样有利于塑件脱模， 也易于型芯和型腔的加工。

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第3章 注射模结构设计及工艺设计

3.2.2 排气槽的确定

当塑料熔体充填型腔时，热固性塑料在固化时会放出大量的气体,易阻塞缝隙，如果气体不能顺利地排出，塑件会由于填充不足而出现气泡，接缝式表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑件焦化，所以必须开设专用排气槽排出气体。通常排气槽设计有多种方式，大多数都采用配合间隙排气的方式，但是考虑到硬聚氯乙烯流动性差性能，本模具在分型面上设置排气槽，深度为0.03—0.08mm，宽5—8mm.这样有利于清理飞边及排出气体。

3.3 成型零部件的设计

模具合模后，在动模板和定模板之间的某些零部件组成一个能充填塑料熔体的模具型腔，模具型腔的形状与尺寸就决定了塑料制件的形状和尺寸。构成模具型腔的所有零部件称为成型零部件。

3.3.1 型腔数目的确定及型腔的布置

一模多腔时需要确定最经济的型腔数目因素有技术参数和经济指标两个方面，影响型腔数目的重要因素有如下四个： （1）根据注塑机最大注塑质量求型腔数 （2）按注射机的额定锁模力确定型腔数 （3）根据塑化能力求型腔数 （4）根据塑件精度确定型腔数目

根据本设计的塑件的外形结构、表面质量的要求以及 HPVC 的成型工艺性能分析，本设计采用一模一腔的设计更有利于经济，而且本设计的浇口选用的是直浇口，适合于一模一腔，故而得出结论：采用一模一腔，一腔一浇口注射的结构。

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四川理工学院课程设计（论文）

3.3.2 型芯 型腔结构设计

(1)凹模和凸模的结构设计

凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件；凸模亦称型芯，是成型塑件内表面的零件。凹、凸模按结构不同主要分为整体式和组合式两种结构形式。如图为整体式凹、凸模结构

1）凹模结构设计

凹模是成型塑件外表面的主要零件，本设计采用整体嵌入式凹模，即定模 嵌件。定模嵌件外围上开有冷却水道，为了保证冷却水道的位置正确，定模嵌件 需要销钉止转定位。其结构见图 所示。

2)主型芯的结构设计

本设计采用组合式结构中的通孔台肩式，型芯用台肩和模板连接，再用 垫板、螺钉紧固，连接牢固，是最常用的方法。 3）侧型芯结构设计

本设计采用圆柱式的侧滑块型芯，主要是成型塑件的四通孔。其结构如图 所示。

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第3章 注射模结构设计及工艺设计

（2）型腔、型芯工作部位尺寸的确定

1）影响塑件尺寸精度的因素有很多，概括地说，有塑料原材料、塑件结构和成型工艺、模具结构、模具制造和装配、模具使用中的磨损等因素。原材料方面的因素主要指收缩率的影响。

成型过程中产生的尺寸误差的各种误差总和，即：

???z??s??c??j??a 式中 ?------塑件的成型误差； ?z-----模具成型零件制造误差； ?s-----塑料收缩率波动引起的误差； ?c-----模具成型零件磨损引起的误差； ?j-----模具成型零件间隙变化引起的误差； ?a-----模具装配引起的误差。

注 意：由此可见，塑件尺寸误差为累积误差。当生产大塑件时候，收缩率波动是影响尺寸精度的主要因素，生产小型塑件时，模具的制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸的主要因素。

型腔和型芯的径向尺寸计算

塑件平均收缩率

式（3-1）

=（1.5%-0.6%）/2=0.45%

s?smax?smin?100%2故：计算中取硬聚氯乙烯的平均收缩率0.45。公差按照《塑料成型工艺与模具设计》表3.1所查的公差进行计算。模具制造公差，统一取塑件尺寸公差的?3。

型腔进径向尺寸：

??zm0 式（3-2） (L) 式中 Lm---模具型腔径向基本尺寸； S---塑件平均收缩率；

???1?S?Ls?(0.5~0.75)????z0 Ls---塑件外表面的径向基本尺寸；

?---塑件外表面径向基本尺寸的公差。

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第3章 注射模结构设计及工艺设计

（2）斜导柱倾斜角确定

斜导柱上(斜角)轴向与横向的夹角称为斜导柱的侧斜角?，它是决定斜导柱抽芯机构工作效果的重要参数。如图3-8：

α 图3-8 斜导柱倾角

由上图可知：L=s／sin? H=s cot? 式中：L一斜导柱的工作长度； S一抽芯距；

?一斜导柱的倾斜角；

H一与抽芯距S对应的开开模具。 则 L=s／sin?=23/sin20 o H=s cot?=23cot20o

由上图所是，斜销抽芯时的受力图知开模力： Fw=Ft/ cos? Fk=Ft / tan?

式中： Fw一侧抽芯时斜导柱所受的弯曲力；

Ft一侧抽芯时的脱模力，其大小等于抽芯力Fc： Fk一侧抽芯时所需的开模力。 则： Fw=Ft／cos?=7.4×103／cos20o

Fk=Ft／tan?=7.4×103／tan20o

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由式可知：?增大，H和L减小，有利于减小模具尺寸。但Fw和Fk增大，影响斜导柱和模具的强度和刚度；反之，?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大，开槽距就要增大，开模距就要变大，因此模具尺寸会增大，综合两方面考虑，经过实际计算推导?取20o比较合适。

（3）斜导柱的长度计算

斜导柱的长度见图，其工作长度与抽芯距有关。当滑块向动模一侧或向定模一侧倾斜? 角度后，斜导柱的工作长度L（或称有效长度）为

L?scos?sin? 图3-9 斜导柱长度分析

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。

斜导住的总长为：

sd2d1htan???(5~10)mm式（3-7） Lz?L1?L2?L3?L4?L5?2tan??cos??2sin?式中 Lz ——斜导柱总长度；

d2 ——斜导柱固定部分大端直径；

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第3章 注射模结构设计及工艺设计

h ——斜导柱固定板厚度； d ——斜导柱工作部分直径； s ——抽芯距。

Lz?L1?L2?L3?L4?L5?502530?tan20???tan20?52.63?5mm?2cos202 ?9.1?26.62?5.45?52.63?5

斜导柱安装固定部分的长度为 ：

?98.8mmdh?1tan??(0.5~1)mmcos?22530??0.403?0.50.9392?26.62?5.45?0.5?20.67mmLg?L2?l?(0.5~1)?

L式中 g——斜导柱安装固定部分的长度，mm；

d1 ——斜导柱固定部分的直径，mm。 （4）斜导柱的受力分析与直径计算 ①斜导柱的受力分析

斜导柱在抽芯过程中受到弯曲力Fw的作用，如图所示。为了便于分析，先分析滑块的受力情况。在图中：Ft是抽芯力Fc的反作用力，其大小与Fc相等、方向相反；Fk是开模力，它通过导滑块施加于滑块；F是斜导柱通过斜导孔施加于滑块的正压力，其大小与斜导柱所受的弯曲力Fw相等；F1是斜导柱与滑块间的摩擦力，F2是滑块与导滑槽间的摩擦力。另外，假定斜导柱与滑块、滑块与导滑槽之间的摩擦力系数均为?。

图3-10斜导柱受力分析图

则 Ft?F1sin??F2?Fcos??0 F?0 ?y 则 Fsin??cos??Fk?0 式中 F1??F；F2??Fk。

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?FX?0四川理工学院课程设计（论文）

由以上方程解得

式（3-8）

F?Fttan????sin???cos?1?2?cot???2由于摩擦力和其他力相比较一般很小，常常可略去不计（即μ=0），这样上式为：

FtFF?Fw??ccos?cos? ②斜导柱的直径计算

斜导柱的直径主要受弯曲力的影响，、根据图中所示，受的弯矩为

Mw?FwLw 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???w?W

式中 ??w? ——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?d3?0.1d332

?所以斜导柱的直径为

式（3-9）

式中 Hw ——侧型芯滑块受的脱模力作用线与斜导柱中心线交点到斜导柱固定板距离，它并不等于滑块的一半。

d?3FwLw10FtLw10FcHw?3?3??w?cos???w?cos2?0.1??w? 25

第3章 注射模结构设计及工艺设计

由于计算比较复杂，有时为了方便，也可查表方法确定斜导柱的直径，先按抽芯力Fc和斜导柱倾斜角?可查表3-2、查出最大弯曲力Fw，然后根椐Fw和Hw以及?可查表3-3得出斜导柱直径d。 经计算得d?10mm

表 3-2最大弯曲力与抽芯力和斜导柱倾斜角

斜导柱倾斜角?/(?) 最大弯曲力 8 10 12 15 18 20 Fw/KN 脱模力（抽芯力）Ft/KN 1.00 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 2.00 1.98 1.97 1.95 1.93 1.90 1.88 3.00 2.97 2.95 2.93 2.89 2.85 2.82 4.00 3.96 3.94 3.91 3.86 3.80 3.76 5.00 4.95 4.92 4.89 4.82 4.75 4.70 6.00 5.94 5.91 5.86 5.70 5.70 5.64 7.00 6.93 6.89 6.84 6.75 6.65 6.58 8.00 7.92 7.88 7.82 7.72 7.60 7.52 9.00 8.91 8.86 8.80 8.68 8.55 8.46 10.00 6.90 6.85 6.78 6.65 6.50 6.40 11.00 10.89 10.83 10.75 10.61 10.45 10.34 12.00 11.88 11.82 11.73 11.58 11.40 11.28 13.00 12.87 12.80 12.71 12.54 12.35 12.22 14.00 13.86 13.79 13.69 13.51 13.30 13.16 15.00 14.85 14.77 14.67 14.47 14.25 14.10 16.00 15.84 15.76 15.64 15.44 15.20 15.04 17.00 16.83 16.74 16.62 16.40 16.15 15.93

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表3-3斜导柱、高度

Hw、最大弯曲力、斜导柱直径之间的关系[9]

最大弯曲力/KN 斜导柱倾Hw 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 斜导柱直径/mm 斜角/mm ?/(?) 10 8 10 12 12 14 14 14 14 15 16 16 18 18 18 18 18 20 20 15 10 12 12 14 14 15 16 18 18 18 18 20 20 20 20 22 22 22 20 10 12 14 14 16 18 18 18 20 20 20 22 22 22 22 24 24 24 20 25 10 14 14 16 18 18 20 20 20 22 22 22 24 24 24 25 25 26 30 12 14 15 18 18 20 20 22 22 22 24 24 24 25 25 26 28 28 35 12 14 16 18 20 20 22 22 24 24 24 24 26 26 28 28 28 28 40 12 15 18 18 20 22 22 25 24 25 25 26 28 28 28 30 30 30 (4) 斜滑块的设计

滑块是斜导柱侧抽芯机构中的一个重要零部件，它上面安装有侧向抽芯或侧向成形块，注射成形时塑件尺寸的准确性和移动的可靠性都需要靠它的精度保证。滑块的结构形状可以根椐具体塑件和樫具的结构灵活设计，它可以分为整体式和组合式两种。 在滑块上直接制出侧型芯和侧滑块制成一体的结构称为整体式，这种结构仅适合于十分简单的侧向移动零件，尤其是适合于对开式瓣合模侧向分型，如线圈骨架件的侧型腔滑块。在一般的设计中，把侧向型芯或侧向成形块和滑块分开加工，然后再装配在一起，这就是所谓组合式结构，采用组合式结构可以节省优质钢材，且加工容易，因此应用广泛。

侧滑块零件图如图3-11所示。

图3-11 滑块零件图

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第3章 注射模结构设计及工艺设计

3.5 脱模及抽芯机构的设计

每次注射模在注射机上合模注射结束后，完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。推出机构一般由推出、复位、和导向等三大元件组成。脱模推出机构的设计原则 :1）推出机构应尽量设置在动模一侧 2）保证塑件不因推出 而变形损坏 3）机构简单，动作可靠 4）良好的塑件外观 5）合模时的准确复出 推出机构的组成：第一部分是直接作用在塑件上将塑件推出的零件；第二部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出动作的导向及合模时推迟推出零件复位的零件。推出机构应使塑件脱模时不发生变形或损伤塑件的外观；推力的分布以脱模阻力的大小合理安排；推出机构的结构力求简单，动作可靠，不发生误动作，合模时要正确复位。脱模力的计算要将塑件从模腔中推出必须克服推出所遇到的阻力，因此塑件脱模时必须有一个足够大的脱模力，脱模力可用下式计算：

F?AP??cos??sin??式（3-10） 1

式中 F1——脱模力 N

?——型芯的脱模斜度

A——塑件包容型芯的面积 m

?——塑件对钢的摩擦系数 取0.2

P——塑件对型芯的单位面积上的包紧力(一般情况下,模外冷却的塑件,P取

2.4?107Pa;模内冷却的塑件,P取0.8?107?1.2?107Pa)

F1?3.2?10?3?1.0?107?0.2cos0.75?cos0.75? 故

3 ?6.96?10N

2 因为本塑件结构简单所以使用一般的推杆推出机构、推板推出机构等既可满足塑件脱模的要求。

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第4章 模温调节系统设计

注塑模具的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率、塑件的形状和尺寸精度都与重要的影响，注射模具中设置温度调节系统的目的，是通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产力。 冷却回路所需总表面积可按下式计算

MqA?式（4-1） 3600???M??W?2式中 A——冷却回路总表面积，m

M——单位时间内注入模具中树脂的质量，kg hJq——单位质量树脂在模具内释放的热量，， Kg?——冷却水的表面传热系数， W?m?K?2 ?M——模具成形表面的温度，℃; ?W——冷却水的平均温度，℃ 。

式（4-2）

122.4?5.9?103A??0.087m23600?10.54??260?40?冷却水的表面传热系数a可用下式计算

????0.8a??d0.232w/(m?k); a式中 ——冷却水的表面传热系数

?——冷却水在该温度下的密度 kg/m ?——冷却水的流速 m/s

d——冷却水孔直径 m

?——与冷却水温度有关的物理系数，?值查表4—3

表4-3水的?值与其温度的关系表

平均水温/℃ ?值

5 10 15 20 25 30 35 40 45 56 6.16 6.60 7.06 7.50 7.95 8.40 8.84 9.28 9.66 10.05 29

第4章 模温调节系统的设计

0.8?1000?5?a?9.28?

100.22?10.54w/(m?k)冷却回路总长度可用下式计算

L?1000A?d式中 L——冷却回路总长度 m A——冷却回路总表面积 m

d——冷却水孔直径 mm 计算得 L?2650mm

确定冷却水孔的直径时应注意，无论多大的模具，水孔的直径不能大于14mm，否则冷却水难以成为湍流状态，以致降低热交换效率。一般水孔的直径可根据塑件的平均壁厚来确定。平均壁厚为2mm时，水孔直径可取10~14mm。本模具的冷却水孔直径取

10mm。

2冷却水体积流量的计算：塑料树脂传给模具的热量与自然对流散发到空气中的模具热量、辐射散发到空气中的模具热量及模具传给注射机热量的差值，即为用冷却水扩散的模具热量。假如塑料树脂在模内释放的热量全部由冷却水传导的话，即忽略其他传热因素，那么模具所需的冷却水体积流量则可用下式计算

Mq 式（4-3） 60c???1??2?3 式中 qv——冷却水体积流量 m/min

qV? M——单位时间注射入模具内的树脂质量 kg/h q——单位质量树脂在模具内释放的热量 J/kg c——冷却水比热容 J/(kg?k)

3?kg/m ——冷却水的密度 ?1——冷却水出口处温度 ℃

?2——冷却水入口处温度 ℃

q?v

Mq60c???1??2?104.6?4?105? 60?4.2?103?1.02?80?10?

?0.15m3/min模具的冷却分为两部分：一部分是型腔的冷却另一部分是型心的冷却。

冷却回路的设计应做到由流动的介质能充分的吸收成型塑件所传导的热量，使模具

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四川理工学院课程设计（论文）

成型表面的温度稳定的保持在所需的温度范围内，并且要做到使冷却介质在回路系统中畅通，无滞留部位。型腔的冷却是由定模板上?6的冷却水道完成。型心的冷却是在型心内部开有?5的两冷却水孔，冷却水是由支撑板上?5的冷却水孔进入，沿着隔水板的一侧上升到型心的上部，然后再越过隔水板流入到另一侧，在流回支撑板上的冷却水孔。继续冷却第二个型心，最后支撑板上的冷却水孔流出模具。

冷却水回路布置的基本原则：①冷却水道应尽量多，截面尺寸应尽量大；②冷却水道离模具型腔表面的距离当塑件壁厚均匀时，壁厚较厚处冷却水道到型腔表面的距离则应近些，间距也可适当小些，一般水道孔边无型腔表面距离为10～15mm③水道出入口的布置;④冷却水道应畅通无阻，冷却水道不应存有水和生产回流的部位，应畅通无阻，要避免过大的压降。⑤冷却水道的布置应避开塑件易产生容接痕的部位，冷却水道的形成是根据塑件形状而设置的形状为扁平，在使用侧浇口的情况下，可采用动定摸两侧与型腔等距离钻孔的形式设置冷却水道.

模具加热的方式有很多，如热水、热油、水蒸气、煤气或天然气加热和电加热等，其中电加热有以下三种方式：（1）电热线直接加热 （2）电热圈加热（3）电热棒加热。 当注射成形工艺要求模具温度在80℃以上时，模具必需有加热装置，由于硬聚氯乙烯注射成形工艺要求模具温度在20—60℃，因此模具中不用设置加热装置即可满足注射成形需要。

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总 结

本学期四通分线模具课程设计以老师命题为主，为期两周，内容包括数据计算，课程设计说明书制作，图纸绘制以及课程设计小结。在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 而且，这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

总的来说课程设计锻炼了自己的动手能力与总体规划能力，也让我对冲压模具有了更深刻的认识，在模具方面有了更大的成长，也学会了合作，学会了彼此迁就与忍让，学会了倾听，学会了正确的表达自我。

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参 考 文 献 [1]屈华昌.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:高等教育出版社,2005 [12]王卫卫.材料成型设备[M].北京:机械工业出版社,2004.8 [2]贾润礼.实用注塑模具设计手册[M].北京：中国轻工业出版社，2000.4 [3]陈万林等．实用塑料注射模具设计与制造[M]．北京：机械工业出版社，2001 [4]范有成．冲压与塑料成型设备[M]．北京：高等教育出版社，2000 [5]高 济．塑料模具设计[M]. 北京：机械工业出版社

[6][美]Edward S.Wilks．工业聚合物手册[M]. 北京：化学工业出版社，2006 [7]申开智. 塑料成型模具[M]. 北京：中国轻工业出版社，2002.9 [8]夏巨谵、李志刚.中国模具设计大典（电子版） [9]塑料模具设计手册 1.0（软件版） [10]机械设计手册（软件版）

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致 谢

经过细致的资料搜集整理设计，本次四通分线盒模具设计的顺利完成为本学期画上了圆满的句号。本题目在选题及设计过程中得到胡勇老师的悉心指导。经过向胡老师多次求教，指点迷津，帮助我开拓研究思路，为设计的顺利进展奠定了重要基础。胡老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，教会我如何学习及生活。在此一并表示感谢。我还要感谢在设计过程中同寝室兄弟的帮忙。感谢设计过程中给予我帮助的所有同学及好友。

通过本次设计，使我得到了一次用专业知识、专业技能分析和解决问题全面系统的锻炼。使我学到了许多知识，包括课本上学不到的知识，在掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格的应用型人才打下良好的基础。

由于本人的学识水平、时间和精力有限，文中肯定有许多不尽人意和不完之处，我将在以后的工作、学习中不断以思考和完善。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/lwhg.html