毕业论文 - 基于UG的台灯注塑模具设计

毕业设计（论文）

题目： 基于UG的台灯注塑模具设计

院 (系)： 机电工程系 专 业： 机械制造与自动化 姓 名： 学 号： 58010220100119 指导教师：

二〇一二年十二月二十六日

毕业设计（论文）任务书

学生姓名 专 业 院（系） 毕业设计（论文）题目 任务与要求 学 号 机械制造与自动化 机电工程系 汽车轮毂的加工工艺及工装设计 一、设计的任务： 1、综合运用平时所学理论基础，基本知识和基本技能，提高和分析解决实际问题的能力。 2、查阅相关文献和资料，制定设计或实验方案。 3、参考文献不得少于6篇。 4、设计、计算、绘图。 5、总结和撰写论文。 6、在规定时间内完成老师布置的论文内容。 二、设计的要求： 1、内容丰富，立意新颖。 2、资料详实，运用得当。 3、语体正确，合符规范。 4、层次清晰，中心突出。 5、论证充分，结论合理。 6、正文不少于 4000 字。 完成时间段 指导教师单位 2012年12月3日 至2013年3月23日 共16 周 机电工程系 职 称 高级工程师 院（系）审核意见 毕业设计(论文)进度计划表

日 期 2012.12.03-12.10 2012.12.11-12.21 2012.12.22-12. 31 2013.01.01-01. 31 2013.02.01-03.08 工 作 内 容 论文选题 搜集资料 拟定初稿 修改中稿 确定终稿 交电子档、 打印稿2份 答辩准备 执 行 情 况 良 好 良 好 良 好 良 好 良 好 指导教师 张下炼 张下炼 张下炼 张下炼 张下炼 2012.03.09-03.15 良 好 张下炼 2013.03.16-03.23 良 好 张下炼 教师对进度计划 实施情况总评 签 名： 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一

毕业设计(论文)中期检查记录表 学毕业设计(论文)题目：汽车轮毂的加工工艺及工装设计 学号： 生 学生姓名： 专业：机械制造与自动化 填写 指导教师姓名： 职称：高级工程师 一般 适中 比较 丰富 不够 不够 较少 价值 不大 毕业设计(论文)题目工作量 饱满 毕业设计(论文)题目难度 毕业设计(论文)题目 检涉及知识点 大 丰富 很有 价值 查 毕业设计(论文)题目价值 教师 填写 学生是否按计划进度独立 完成工作任务 一般 学生毕业设计(论文)工作进度填写情况 指导次数 学生工作态度 其他检查内容： 存在问题及采取措施： 检查教师签字： 年 月 日 认真 一般 较差 院（系）意见 (加盖公章)： 年 月 日 摘要

塑料工业是发展很快的一个材料工业，是制造合成树脂和塑料制品的高分子化工部门，也有把塑料加工机械和模具的制造工业包括在内的。塑料工业的生产量和品种，主要依赖于合成树脂的生产和开发，因此与石油化工关系密切；塑料又以其质轻、比强度高、耐腐蚀、生产效率高、能耗低等特点，在机械制造，建筑等部门的某些领域，可取代金属和木材；在电子、电器等部门，塑料已成为必需材料之一；塑料制品广泛用于农业生产和人民生活之中；在包装方面，可以说当今没有塑料，几乎就没有现代化的包装工业。而注塑模具是其中发展较快的一种，因此，研究注塑模具对塑料产品的发展以及生活中的应用都很有意义。

本设计主要介绍注射成型的基本原理，首节主要介绍了模具的现状以及发展，模具工业以后的发展，第二节注塑件的设计，以及如何选择材料。第三节介绍了注塑模型的准备及成型工艺和注塑机的选择，第四节开始设计心型台灯注塑模，简单介绍了分型面的定义，浇注系统的工作流程，以及主要介绍了温度系统的设计和调节。

通过本设计的研究，可以对注塑模具有个初步的了解，以及模具的基本结构的初步认识，从而提高工作效率。

关键词：塑料模具 ；浇注系统 ；注塑成型

Plastics industry is the development of a material industry, synthetic resins and plastic products are manufactured of high molecular chemical sector, there is manufacture of plastics processing machinery and moulds industry included. Plastic industrial of production and varieties, main rely on Yu synthetic resin of production and development, therefore and oil chemical relationship close; plastic and to its quality light, and than strength high, and resistance corrosion, and production efficiency high, and energy consumption low features, in machinery manufacturing, building, sector of some area, can replaced metal and wood; in electronic, and electrical, sector, plastic has become required material one; plastic products broad for agricultural production and people life in; in packaging area, can said today no plastic, Almost no modern packaging industry. Injection mould is developed rapidly, therefore, study of injection molds for plastic products in development and application of life is very meaningful. The design introduces the fundamentals of injection molding, the first section focuses on the present situation and development of die and mold industrial future development, design of injection molded parts in section II, as well as how to select materials. Section III describes the injection model preparation and selection of molding and injection molding machine, injection mould for the fourth section begins design of heart-shaped table lamp, a brief parting surface definition, gating system workflow, and introduces the design and regulation of temperature system. Through the study of the design, a preliminary understanding of the injection molds, as well as the preliminary understanding of the basic structure of mould, to enhance efficiency.

Key words:

plastic moulds gating system; injection molding

目 录

摘要 ........................................................................................................................................................... 5 第一章 绪 言 ........................................................................................................................................... 8 第一节 模具工业在国民经济中的地位 .................................................................................................. 8 1.2 我国模具工业的现状........................................................................................................................ 8 1.3 我国模具技术的现状及发展趋势 .................................................................................................... 9 2 注塑件的设计 ..................................................................................................................................... 10 2.1 功能设计 ......................................................................................................................................... 10 +表2-1 材料的特性............................................................................................................................. 10 3 注塑成型的准备 ................................................................................................................................. 13 3.1 注塑成型工艺简介.......................................................................................................................... 13 4 模具设计 ............................................................................................................................................. 17 第一节

塑料配方说明 ............................................................................................................ 17

设计原则 ................................................................................................................................................. 22 结 论 ....................................................................................................................................................... 24 致 谢 ....................................................................................................................................................... 25 参考文献 ................................................................................................................................................. 26

第一章 绪 言

第一节 模具工业在国民经济中的地位

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。

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。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。

1.2 我国模具工业的现状

自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260~270亿元人民币。今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。

目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活

力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。

1.3 我国模具技术的现状及发展趋势

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48\（约122CM）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，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

2 注塑件的设计

2.1 功能设计

功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率不大,如冲击载荷,振动,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;此外,塑料都会老化,作为一种光学用品,还要考虑到材料的光氧化等问题.

2.2 材料选择

通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表2-1所示。

+表2-1 材料的特性

拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 断裂伸长率/% 落球冲击强度J/m 洛氏硬度（M） 氧指数（OI） 热变形温度/℃ 维卡软化点/℃ 马丁耐热温度/℃ 体积电阻率/?·cm

85 105 —— 10

17 PS

51.9 110 2 16 115

塑料名称 PC 66~72 95~113 80~100 422 82 24.9 134 153 112

1719 PMMA —— —— —— —— 101 17.3 100 120 ——

~10

2.1×100.13 93 0.9 1.586

16 10

14~10

15

吸水率% 透光度/% 雾度% 折射率 价格（元/吨）

0.05 88~92 3 1.592 1150~1230

1.19 93 0.9 1.492 19500~20700

33000~41000

和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都

相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2所示。

表2-2 材料的性能和成型特性比较

塑料 品种 聚苯乙烯

（非结晶型）

点

透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好

有机玻璃（非结晶型）

透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂

聚碳酸酯（非结晶型）

透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯

耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂

尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属

〈130℃脆化温

度

为

在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等

流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高

合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解

收缩率取0.35℅

〈80℃

透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等

成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂

性 能 特

成 型 特 点

模具设计 注意事项 因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件

度 —30℃~80℃

使用温

途

装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等

主要用

纹，质硬，易损模具，嵌件，脱模斜度〉使用性能好

2?

—100℃

以上的性能分析对比中看出,在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度,其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定),最终选定PS为塑件材料.因为除了质脆和抗拉强度不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求，但这些不是我们主要考虑的。

2.3 结构设计 图2-1 原始零件图

塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据.

2..4 对塑件的修改说明

塑件要求能够放置一对7#电池，安放小灯泡，外接系带，所以要考虑到电池和灯泡的固定，开关的安放问题，关于零件的造型图如图2-3所示，详细结构可参考零件图纸。

（1）外型轮廓；原零件2D图的心型曲线不规则,如图2-1和2-2所示。在用PRO/E造型时总会造成曲面不能加厚的问题,用修剪曲面的办法虽然能解决加厚问题,但整个塑件也不规则,给后续工作带来不便.所以在保证基本外型的前提下对尺寸做了修改,目的是为了造型。

（2）结构；原图形有两个小而薄的吊耳,且置于塑件外端,考虑到所有PS料硬而脆,这会使得两个吊耳极易损坏,所以,改两个吊耳为一个,设计吊耳,开关,灯泡在塑件中心位置,如图2.2所示,这样起到吊挂作用又不易损坏.设计凹槽使两半灯罩配合,设置了三个锁位加强. 最终确定的尺寸如图2.2所示。

3 注塑成型的准备

3.1 注塑成型工艺简介

注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。

图3-1 注塑成型压力—时间曲线

（1）物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。

（2）注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。

（3）制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。

3.2 注塑成型工艺条件

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。PS料与温度的经验数据如表3-1所示。

表3-1 温度的经验数据

料筒温度 /℃ 后段

中段

前段

喷嘴温度/℃

模具温度/℃

PA

150~210

170~230

190~250

240~250

5~75

65~96

——

热变形温度 /℃ 1.82M

0.45MPA

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PS流动性好的料，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）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。确定成型周期的经验数值如表3-2所示。

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

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

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

特性 内容 特性 内容

注塑机类型 螺杆式 螺杆转速（r/min） 48 喷嘴形式 直通式 模具温度 50 喷嘴温度(℃) 230 后段温度(℃) 150~210 中段温度(℃) 170~230 前段温度(℃) 190~250 注射压力MPa 90 保压力MPa 80 注射时间s 1.5 保压时间 s 5 冷却时间s 20 其他时间s 3 成型周期s 30 成型收缩(%) 0.6 干燥温度(℃) 60~80 干燥时间(℃) 1~3

后处理温度70℃，保温时间2小时。 3.3注塑机的选择 注塑机简介

注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有: （1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机； （2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。 注塑机基本参数

注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.

(1)公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.

(2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.

(3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.

常用的注射速率如表3-4所示。

表3-4 注射量与注射时间的关系

注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5

3(4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.

(5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.

(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.

(7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.

(8)空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.

选择注塑机

（1）由公称注射量选定注射机

由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取??1.05kg?dm）: 总体积V=49.3cm3； 总质量M=56.5g；

流道凝料V’=0.5V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；

实际注射量为:V实=49.3×1.5=73.95 cm3； 实际注射质量为M实=1.5M=56.5×1.5=84.75g； 根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即：

0.8V公≧ V实 （3—1）

V公= V实/0.8

=79.35÷0.8 =92.44 cm；

（2）由锁模力选定注射机

3?3F锁?F胀=A分·P型 （3—2）

=2

?D24·P型

3.14?11026=2××30×10

4=569.91 （KN）

式中 F锁注射机的锁模力（N）； A分塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；

P型型腔压力，取P型=30MPa ； D取的是塑件的平均直径，D=D?110mm ；

结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表3-5所示，查国产注射机主要技术参数表取

120?101=110.5，2SZ-160/1000,主要技术参数如下。

表3-5 国产注射机SZ-160/1000技术参数表

特性 结构类型

理论注射容积（cm） 螺杆(柱塞)直径(mm) 注射压(MPa) 注射速率(g/s) 塑化能力(g/s) 螺杆转速(r/min) 锁模力(KN)

3内容

卧 179 44 132 110 10.5 10~150 1000

特性

拉杆内间距(mm) 移模行程(mm) 最大模具厚度(mm) 最小模具厚度(mm) 锁模形式(mm) 模具定位孔直径(mm)

喷嘴球半径(mm) 喷嘴口直径

内容 360×260 280 360 170 液压 120 10 ----

4 模具设计

第一节 塑料配方说明

1,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣,也是应用现代技术对塑料进行改性的过程,其技术含量极高.一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局.塑料是以高分子聚合物为主要成分,加入一定量添加剂而组成的一种混合物,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物,通常为填充剂,增塑剂,稳定剂,润滑剂,着色剂等.根据PS的特性及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂.

填充剂——玻璃微珠；PS成型后易产生内应力,添加玻璃微珠使塑料的流动性好,残余内应力分布均匀,使光的漫反射率为80%~88%。

增韧剂——SBS,ABS,EPR；PS的冲击性能很差,是一种十分脆的材料,增韧改性是必须的。

光稳定剂——氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下，，由于吸收紫外光的能量，引发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化或光老化。

润滑剂——硬脂酸及其盐类；对塑料的表面去润滑作用,防止塑料在成型加工时黏模,同时提高塑料制品表面光洁度。

着色剂——粉红色；在塑料制品中，需要着色的大约占80%左右，着色的目的有1：增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望2：提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线

分型面功能而实现的。

抗菌剂——磷酸锆系银离子抗菌剂；考虑到该产品人们可能会作为玩具把玩,因此需要做此设计.很多塑料制品的表面会滋生致病细菌，与人接触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性是在树脂中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细菌的繁殖，保持自身的清洁状态。

4.2 分型面的确定 根据分型面的选择原则：

（1）便于塑件脱模；

（2）在开模时尽量使塑件留在动模； 4-1 分型面的位置

（3）外观不遭到损坏；

（4）有利于排气和模具的加工方便。

结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上.如图4-1所示。

4.3型腔数目的确定

注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：

（1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生产效益； （4）模具制造难度。

考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级,这个产品是两个壳件的组合,所以初定为一模两腔最合理.排列形式如图4-2所示。

4.4浇口确定

PS料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,简化模局结构,确定使用侧浇口。

4.5模具材料的选择

现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何

合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当 图4-2 型腔的排布形式

则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。

在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从PS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。

从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。

查手册选择模仁的材料是4Cr13.属马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性能较好,经热处理(淬火及回火)后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.有关参数如下:

物理性能。临界温度（℃）AC1：820 ； AC3： 1100； 线膨胀系数：10.5(在20~100℃) 热导率：27.6W.(M.K)-1 (在20℃左右) 弹性模量（MPa）210000~223500 (20℃左右) 4.6浇注系统设计

注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。

主流道

主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图所示：

主要参数： 锥角?=3°；内表面粗糙度Ra=0.63?m；小端直径D=d+(0.5~1)mm； 半径R2=R1+(1~2)mm；材料T8A；

由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。

分流道

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。

表4-1流道断面尺寸推荐值

塑料名称

分流道断面直径

mm

塑料名称

分流道断面直径

mm

ABS，AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体

4.8~9.5 1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10

聚苯乙烯 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 离子聚合物 聚苯硫醚

3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13

分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。

冷料穴

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时

主流道拉料杆又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸 宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。

浇口

浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特性:

①形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； ②试模时如发现不当，容易及时修改； ③能相对独立地控制填充速度及封闭时间； ④对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 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。

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