盒盖注塑模具毕业设计

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摘 要

本课题主要是针对盒盖的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。

关键词：塑料盒盖; 盒盖塑件注射模具；模具；

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Abstract

This topic is mainly aimed at the lid mold design, through to the

plastic parts for process analysis and comparison, the final design out a pair of injection mold. This subject from product structure, and the specific property of the mould structure, mould pouring system, die forming part of the structure and ejector system, cooling system, the injection molding machine selection and related parameters of checking, a detailed design, at the same time and simple compiled the mould processing technology. Through the whole design process shows that the mold can achieve the required plastics processing technology. According to the topic design is the main task of the injection mould design the lid.Also is a pair of injection mold design to production of plastics products,with the lid to realize automation to increase production. Key word：Plastic box cover; the box cover injection mold; mold;

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目 录

摘 要 ....................................................................... 1 第1章 绪论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 第2章 塑料材料分析 .......................................................... 8 2.1 塑料材料的基本特性 ................................................................................................................. 8 2.2 塑件材料物理性能 ..................................................................................................................... 8 2.3 塑件材料主要用途 ..................................................................................................................... 8 第3章 塑件的工艺分析 ......................................................... 9 3.1 塑件的结构设计 ......................................................................................................................... 9 3.2 塑件尺寸及精度 ....................................................................................................................... 11 3.3 塑件表面粗糙度 ....................................................................................................................... 11 3.4 塑件的体积和质量 ................................................................................................................... 12 第4章 注射成型工艺方案及模具结构分析和确定 .................................. 12 4.1 注射成型工艺过程分析[5]......................................................................................................... 12 4.2 浇口种类的确定 ....................................................................................................................... 13 4.4 塑件的形状估算其体积和质量 ................................................................................................ 14 4.5 型腔数目的确定 ....................................................................................................................... 14 4.6 注射机的选择和校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 4.6.1 注射量的校核 ................................................................................................................... 16 4.6.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 ................................................................ 16 4.6.3 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 .................................................................... 17 第5章 注射模具结构设计 ...................................................... 19 5.1 分型面的设计 ........................................................................................................................... 19 5.2 型腔的布局 ............................................................................................................................... 20 5.3 浇注系统的设计 ....................................................................................................................... 20 5.3.1 浇注系统组成 ................................................................................................................... 21 5.3.2 确定浇注系统的原则 ........................................................................................................ 21 5.3.3 主流道的设计 ................................................................................................................... 21 5.3.4 分流道的设计 ................................................................................................................... 23 5.3.5 浇口的设计 ....................................................................................................................... 24 5.3.6 冷料穴的设计 ................................................................................................................... 25 5.4 注射模成型零部件的设计[7]..................................................................................................... 26 5.4.1 成型零部件结构设计 ........................................................................................................ 26 5.4.2 成型零部件工作尺寸的计算 ............................................................................................ 28 5.5 排气结构设计 ........................................................................................................................... 29 5.6 脱模机构的设计 ....................................................................................................................... 29 5.6.1 脱模机构的选用原则 ........................................................................................................ 29

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5.6.2 脱模机构类型的选择 ........................................................................................................ 30 5.6.3 推杆机构具体设计............................................................................................................ 30 5.7 注射模温度调节系统 ............................................................................................................... 31 5.7.1 温度调节对塑件质量的影响 ............................................................................................ 31 5.7.2 冷却系统之设计规则 ........................................................................................................ 32 5.8 模架及标准件的选用 ............................................................................................................... 33 总 结 ........................................................................ 35 致 谢 ........................................................................ 37 参考文献 ..................................................................... 38

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第1章 绪论

模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工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。

1.1 塑料简介

塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能[1]。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。

1.2 注塑成型及注塑模

将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。

要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为

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立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。

注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，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品。

注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。 注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成[2] 。

注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。

注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。

塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。

传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开

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发周期。

目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。其中MOLDFLOW软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型过程控制专家，简称MPX）。

采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义[3]。

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第2章 塑料材料分析

2.1 塑料材料的基本特性

PS（聚苯乙烯系塑料）是指大分子链中包括苯乙烯基的一类塑料，包括苯乙烯及其共聚物，具体品种包括普通聚苯乙烯（GPPS）、高抗冲聚苯乙烯（HIPS）、可发性聚苯乙烯（EPS）和茂金属聚苯乙烯（SPS）等。

2.2 塑件材料物理性能

电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂.适于制作绝缘透明件.装饰件及化学仪器.光学仪器等零件.

1.无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型.

2.宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔.变形.

3.可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口时损坏塑件.脱模斜度大,顶出均匀.塑件壁厚均匀,最好不带镶件,如有镶件应预热.

2.3 塑件材料主要用途

PS被广泛应用于光学工业中，这是因为它有良好的透光性所致，可制造光学玻璃和光学仪器，也可制作透明或颜色鲜艳的，诸如灯罩、照明器具等。PS还可制作诸多在高频环境中工作的电气元器件和仪表等。由于PS塑料属于难惰性表面材料，工业中贴合，需要使用专业PS胶水粘接。 单独适用PS作制品，脆性大，而在PS中加入少量其他物质，如丁二烯即可明显降低脆性，提高冲击韧性，这种塑料叫抗冲击PS，它的力学性能大为提高，可用此塑料制作出许多性能优良的机械零件和构件来。

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第3章 塑件的工艺分析

在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。

塑件如图所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。

图3.1 塑件结构

图3.2 3D视图

3.1 塑件的结构设计

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（1）、脱模斜度

由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5?，根据文献[1]，塑件材料PS的型腔脱模斜度为35/～1?30/，型芯脱模斜度为30/～40/。 （2）、塑件的壁厚

塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4mm，最常用的数值为2～3mm。该盒盖壁厚均匀，周边和底部壁厚均为1.5mm左右。 （3）、塑件的圆角

为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5～1mm的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。

该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角为0.5mm。 （4）、孔

塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流

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作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。

3.2 塑件尺寸及精度

塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为PS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。

塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献[2]表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT4级精度，未注采用MT5级精度。

3.3 塑件表面粗糙度

塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为Ra 0.02～1.25?m之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63?m。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。

该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多，为Ra0.2?m，内部为

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0.4?m。

3.4 塑件的体积和质量

本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在3D软件中，使用分析功能，可以根据PS的密度为1.05g/cm3，即可以得出该塑件制品的质量为20.27克。

第4章 注射成型工艺方案及模具结构分析和确定

4.1 注射成型工艺过程分析[5]

根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：

第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。

（1）、成型前对原材料的预处理

根据注射成型对物料的要求，检验物料的含水量，外观色泽，颗粒情况并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标，对原材料进行适当的预热干燥，PS材料吸水率极低，成型前一般不必进行干燥处理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。 （2）、料筒的清洗

在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。

柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。 （3）、脱模剂的选用

脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在和产上

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为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对PS材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。 第二步: 注射成型过程

完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。 第三步：制件的后处理

注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。制件的后处理主要有退火和调湿处理。该塑料制件材料为PS，就采用退火处理1～3小时。

4.2 浇口种类的确定

注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。

由于本设计中塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。侧浇口直接在产品侧面进浇，浇品印小，并且在非外观处，组装后，不易被发现。

侧浇口主流道需要设置钩针，分流道与产品相连，顶出产品包含流道连接在一起。

4.3 制品PS的注塑成型参数

注射机：螺杆式

螺杆转速（r/min）：30～60 料筒温度：前200～210℃ 中210～230℃ 后180～200℃模具温度：60～80℃

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注射压力(MPa)：70～90

成型时间注射时间(s)：35；高压时间：15～30；冷却时间：40～70；总周期：90-135

4.4 塑件的形状估算其体积和质量

塑件的体积:

(1)锥体上圆体积:其中r=83.2×（37-22.5）×sin5°=77.43mm3 锥形部分体积：V1=3.14×29.88×（83+77.43）×2 /2=15052.4mm3 (2)平底部分: V2=3.14×（77.43-2×8×cos5°）×2/2=5939.1mm3 L=3.14×8×5°/180=0.749mm

V3=3.14×2×（77.435×0.749+2×8×7.25）=1092.69mm3 V= V1 +V2+ V3= 22084.2 mm3

PS的密度:1.02～1.05g/cm3 (取1.03 g/cm3)。所需原料质量=22084.2×10-3×1.03g=22.75g

4.5 型腔数目的确定

由于制件要采用内抽芯结构,比较复杂,且制件表面积较大,不宜采用多型腔,以免锁模力不够,并且随着型腔增多，而且盒盖的表面质量、形状尺寸要求较高，且内含有凸台，为了保证工艺参数易于控制，形状、尺寸一致，采取单型型腔模具，另外单型型腔还具有制造成本低，制造周期短的优点。

塑件重为22.75g,初选注射机为海天110XB注射机。

4.6 注射机的选择和校核

由于采用一出两腔，需要至少注射量为20.27x2=40.54g，流道水口废料5g，总注塑量达到45.54g，再根据工艺参数（主要是注射压力），综合考虑各种因素，选定注射机为海天110XB。注射方式为螺杆式，其有关性能参数为： 海天HTF110XB

型号 单位 110×1B 14

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参数 螺杆直径 理论注射容量 注射重量PS 注射压力 注射行程 螺杆转速 料筒加热功率 锁模力 拉杆内间距(水平×垂直) 允许最大模具厚度 允许最小模具厚度 移模行程 移模开距(最大) 液压顶出行程 液压顶出力 液压顶出杆数量 油泵电动机功率 mm cm3 g Mpa mm 36 147 134 183 144 r/min 0~215 KW KN mm mm mm mm mm mm KN PC KW 5.7 1100 400×400 410 160 340 750 100 33 5 13 15

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油箱容积 机器尺寸(长×宽×高) 机器重量 最小模具尺寸(长×宽)

4.6.1 注射量的校核

l m t mm 210 4.7×1.3×1.85 3.4 280×280 模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为：

nm1?m2?80%m 式中 n--型腔数量

m1--单个塑件的体积（cm3）

m2--浇注系统所需塑料的体积（cm3） 本设计中：n=2 m1?19.31cm3 m2=5cm3

M=2x19.31+5=43.62g 注塑机额定注塑量为147g

注射量符合要求

4.6.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核

注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系。

nA1?A2?A 式中 n --型腔数目

A1--单个塑件在模具分型面上的投影面积

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A2--浇注系统在模具分型面上的投影面积 n=2 A1=5410.6mm2 A2=0mm2

2nA1?A2=2x5410.6=10821.2mm

注射成型时为了可靠的锁模，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即：

（nA1?A2）P < F

式中： P—塑料熔体对型腔的成型压力（MPa）

F—注射机额定锁模力（N） 其它意义同上

根据教科书表5-1，型腔内通常为20-40MPa，一般制品为24-34MPa，精密制品为39-44MP

（nA1?A2）P=10821.1x30x1.3=422KN<1100KN 锁模力符合要求

4.6.3 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 （1）、模具厚度（闭合高度） 模具闭合高度必须满足以下公式

Hmin?H?Hmax

式中 Hmi--n注射机允许的最大模厚 Hma--x注射机允许的最小模厚 本设计中模具厚度为325mm 160

（2）、开模行程（S）的校核

模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是

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指模具开合过程中动模固定板的移动距离。

注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。对于卧式注射机，其开模行程与模具厚度有关，对于多分型面注射模应有：

Smax?S?H1?H2?5~10mm

式中 H1--推出距离

H2--包括浇注系统凝料在内的塑件高度 H2=（水口料的长度+20~30）

本设计中 Sma=340mm H1= 45 mm H2=113+30=143 mm x总的开模距离需要H=188mm以上 经计算，符合要要求。 （3）、顶出装置的校核

在设计模具推出机构时，需校核注射机顶出的顶出形式，要注意在两侧顶出时模具推板的面积应能覆盖注射机的双顶杆，注射机的最大顶出距离要保证能将塑件从模具中脱出。

海天110XB型注射机为两侧推出机构。经检查能满足将模具脱出的要求。

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第5章 注射模具结构设计

5.1 分型面的设计

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。

选择分型面时，应从以下几个方面考虑： 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2）使塑件在开模后留在动模上； 3）分型面的痕迹不影响塑件的外观； 4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 6）使塑件易于脱模。

综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，

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图5.1 分型面的选择

5.2 型腔的布局

型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。型腔布局由图所示。由于本设计中塑件是上下两部分配合装配使用，需要相同的注射工艺参数，以达到高的成功率，模具采用侧浇口，并采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量。

图5.2 型腔布局方式

5.3 浇注系统的设计

浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通侧浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。

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5.3.1 浇注系统组成

普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。

1－主浇道 2－分浇道 3－浇口 4－型腔 5－冷料穴 5.3.2 确定浇注系统的原则

在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：

a)、塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。

b)、模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一出四腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。

c)、塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。

d)、塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。

e)、冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施[6]。 5.3.3 主流道的设计

流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。 （1）、主流道的尺寸

设计中选用的注射机为海天110XB，其喷嘴直径为3.5mm，喷嘴球面半径为15mm，根据图（6），主流道各具体尺寸如下：

8m ??3? R?16?2?1m

H?3mm L?60mm D?d?2Ltan?5.49mm

2?21

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图5.3 浇注系统与定位环、浇口套

（2）、主流道衬套的形式

选用如图所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为HRC 54～58，主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合H9/h9,采用间隙配合。由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。

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图5.4 主流道衬套及其固定形式

（3）、定位圈

为使浇口套和注射机喷嘴对正定位，可设定位圈。定位圈尺寸由注射机的定位孔直径确定，一般比定位孔直径小0.1～0.3mm，以便于装模。定位圈直径为?100。如图3.1所示：

图5.5 浇口套和定位圈 5.3.4 分流道的设计

分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道，分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。本设计中由于塑件排布比较紧凑,且采用侧浇口。如图所示。

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图5.6 主流道和侧浇口的位置

5.3.5 浇口的设计

浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。 浇口的位置选择原则：

浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：

1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短；

2)每一股分流都能大致同时到达其最远端； 3)应先从壁厚较厚的部位进料； 4)考虑各股分流的转向越小越好。

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2. 有效地排出型腔内的气体。

塑料杯盖对外观质量要求特别高，如果采用侧浇口，那么容易产生熔接痕、缩孔、凹陷等缺陷，此外注射压力损失较大。所以采用点浇口，点浇口的显著特点：浇口位置限制小，去除浇口后残留痕迹小，不影响外观。开模后易于拉断，浇口附近补料造成的应力小，但对于薄壁塑件因剪切速率高，由于分子高度定向而造成局部应力，甚至开裂。为了改善这一情况，可局部增加浇口处塑件壁厚，以圆弧过渡，具体尺寸如图3.2所示：

图5.7 浇口套和浇口尺寸

3.14?13.14?11?3.14?1?14?3.14?23VJ??2?（?2?）?（）4433?2 22521?3.14?0.7?263.14?3?22.7?（3.14?（）?26??）?（3.14?22?22.7?）233=1043.5mm3

GJ=902.9×10-3×1.03g=1.75g 式中：VJ----主流道、浇口的体积 GJ----主流道、浇口的质量 5.3.6 冷料穴的设计

主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上或者在定模板底部的流道末端，

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其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为6mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的形式有多种，这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如上图（8）所示。

5.4 注射模成型零部件的设计[7]

模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。

成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。

5.4.1 成型零部件结构设计

成型零部件结构设计主要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。 1）、凹模的设计

凹模也称为型腔，是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。

本设计中采用整体式凹模，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难，要用到数控加工或电火花加工。

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图5.8 型腔2D图

2）、凸模的设计

本设计中零件结构较为简单，深度不大，但经过对塑件实体的仔细观察研究发现，塑件采用的是整体式型芯。这样的型芯加工方便，便于模具的维护，型芯

与动模板的配合可采用H7/P6。

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图5.9 型芯2D图

5.4.2 成型零部件工作尺寸的计算

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，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。

在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。

由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具成型零部件的工作尺寸。

塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定PS材料的平均收缩率为0.5%，计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：

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A?B?0.005B

式中 A — 模具成型零部件在常温下的尺寸 B — 塑件在常温下实际尺寸

成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8级作为模具制造公差。在此取IT8级，型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。各成型零部件工作尺寸的具体数值见图纸。

5.5 排气结构设计

排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热使塑料烧焦，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气系统要求就更为严格。

在塑料熔体充模过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体，塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气，在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。

由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜，其值与塑料熔体的粘度有关。

5.6 脱模机构的设计

塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。 5.6.1 脱模机构的选用原则

（1） 使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，

但不能形成永久变形）；

（2） 推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；

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（3） 推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂； （4） 推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形； （5） 推杆位置痕迹须不影响塑件外观； 5.6.2 脱模机构类型的选择

推出机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和多元件综合推出机构等。

本设计中采用推板加推杆推出机构使塑料制件顺利脱模。 5.6.3 推杆机构具体设计 （1）、推杆布置

该塑件采用了8mm大小有托推杆，其分布情况如图（10）所示，这些推杆均匀的分布在产品边缘处，使制品所受的推出力均衡。

图5.10 推杆布置 （2）、推杆的设计[7]

本设计中采用台肩形式的圆形截面推杆，设计时推杆的直径根据不同的设置部位选用不同的直径，。见图（１0）。推杆端平面不应有轴向窜动。推杆与推

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杆孔配合一般为H7/f6，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，PS塑料的溢料间隙为0.03~0.05mm。

5.7 注射模温度调节系统

在注射模中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为200?C左右，熔体固化成为塑件后，从60?C左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般小于80?C）的塑料，如本设计中的聚苯乙烯PS，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。

模具的冷却主要采用循环水冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。

5.7.1 温度调节对塑件质量的影响

注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响，对于任一个塑料制品，模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，使其难于充模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。

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图5.11 模具冷却水路图

5.7.2 冷却系统之设计规则

设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔道应使用

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标准尺寸，以方便加工与组装。设计冷却系统时，模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数： 冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质。 (1) 冷却管路的位置与尺寸

塑件壁厚应该尽可能维持均匀。冷却孔道最好设置是在凸模块与凹模块内，设在模块以外的冷却孔道比较不易精确地冷却模具。

通常，钢模的冷却孔道与模具表面、模穴或模心的距离应维持为冷却孔道直径的1~2倍，冷却孔道之间的间距应维持3~5倍直径。冷却孔道直径通常为6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取8mm。

5.8 模架及标准件的选用

5.8.1 、确定模具的基本类型

注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型结构如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。 5.8.2 模架的选择

根据对塑件的综合分析，确定该模具是双分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可选择DCI型的模架，其基本结构如下：

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DCI型模具定模采用三块模板，动模采用一块模板，又叫三板模，细水口模架，适合点浇口，热流道浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。

由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套选择选正倒装。

根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸，经过计算可以知道该模具是一出两腔的模具，而型腔之间的距离在30-50mm之间把型腔排列成一出两腔可侧得长为250mm，宽为150mm，模架的长L=250+复位杆的直径+螺钉的直径+型腔壁厚?350mm，模架的宽W=150+复

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位杆的直径+型腔壁厚?250mm根据内模仁的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其他螺丝导柱等零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。

所以就取B?L=250x350的模架，塑件的Z向高度为37mm，塑件的胶位平均分配在定模和动模部分，该模具型腔结构简单，型芯、型腔的固定是固定总高度的加30-60mm，B板的厚度取70mm，满足强度要求，A板为90mm，C板为80mm（C的选择应考虑推出机构的推出距离是否满足推出的高度）

在本设计中，因此采用龙记的DCI2535标准模架。

综上所述所选择的模架的型号为：LKM DCI-2535-A90-B70-C80

总 结

本次塑料模具设计，全面考虑了塑料成型性能，模具结构特点，注射工艺参数，塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理论分析和数据计算生产操作上论证该设计是合理可行的。并且，通过这次设计，我了解了注射模设计概况，熟悉了注射设备，基本掌握了注射成型的一般原理。

在设计和三维建模过程中也遇到了一些问题，通过对问题的探索与分析，最后得到圆满解决，更另深刻的知道了模具设计各个阶段的重要性和严谨性，

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达到了毕业设计的目的。

伴随经济建设，特别是汽车、机械、电子、日用制造等行业的飞速发展，对模具设计与制造的人才的需求与日俱增，模具设计制造，特别是注射模具的设计与制造将更为受到重视，并将会广泛应用到各个领域中，飞速发展。 相信这次设计中获得的经验及处理问题的能力将会对今后的学习和工作有所启示和帮助。

二维总装图

三维总装图

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致 谢

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大学四年的本科学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在一拖集团、东风二汽有限责任公司等几家单位的生产实习，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。在指导老师的协助下和在工厂师傅的讲解下，同时在现场查阅了很多相关资料并亲手拆装了一些典型的模具实体，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好本次毕业设计。在设计的过程中，将有一定的困难，但有指导老师的悉心指导和自己的努力,模具在当今社会生活中运用得非常广泛,掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对模具的认识过程亦是如此。经过三个月的努力，我相信这次毕业设计一定能为四年的大学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。在这次设计过程中得到了现场设计人员、工人师傅和李丽等老师以及许多同学的帮助，特别是李丽老师的悉心指导，使我受益匪浅。在此，对关心和指导过我的各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢。在本次毕业设计中，特别感谢我的指导老师—-李丽老师的指导和帮助，给予了我充分的信心和把握，让我按时完成了本次设计。由于经验不足和对专业知识的了解不够透彻，在设计时常常遇到一些问题无法理解，老师则耐心而认真的加以指导帮助，让我学到了书本上学不到的知识，既增长了见识也充实了自己。

河北工程大学科信学院

刘洪彬 2014年6月

参考文献

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1．曹宏深 赵仲治主编 塑料成型工艺及模具设计 北京机械工业出版社 1993 2．黄虹主编 塑料成型加工与模具 化学工业出版社2003年3月第一版 3．黄锐主编 塑料工程手册 下册 第四章节 机械工业出版社 4．宋卓颐 史勤芳 房双宽 赵永仙编着 塑料原料与助剂 科学技术文献出版社2003年9月第1版

5．黄锐主编 塑料成型工艺学 第二版 中国轻工业出版社 1997年5月第2版

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7．王文广 田宝善 田雁晨 主编 塑料注射模具设计技巧与实例 化学工业出版社2004年1月第1版

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ruw7.html