模具设计说明书B5

大连工业大学 届本科生毕业设计（论文）

第一章 绪论

1.1我国塑料模具的发展

模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业 没有模具，就没有高质量的产品。用模具加工的零件，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。

根据国际生产协会报告，在目前阶段，工业品零件粗加工的75％、精加工的50％都是由模具成型完成的。目前，美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具工业也以每年35％以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有了长足的进步。

近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备，使塑料模具的制造水平比十年前进了一大步；然而由于基础薄弱、对引进技术的吸收、掌握，尚有一段距离，而且发展也十分不平衡，因而，我国塑料模具总体水平与世界先进技术尚有一定差距。

塑料成型模具可分为三大类，即注射成型模具、中空成型模具和挤出成型模具(包括机头)：我国现在的制造水平，以注射成型模具为最高，中空成型模具为最低，如化妆品用瓶子的吹塑模具，无论从造型以及质量上远不能适应出口要求。

1.2我国塑料模具的技术现状

目前我国从事塑料注射模具设计的人员虽然不少，但大多数专业知识不够丰富，没有受过专门系统的训练，所以高水平的设计人员不多；专业书籍缺乏，没有一套我国自己的设计理论与设计数据：从设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于模具使用受命不长；从模具材料看，我国的塑料模具钢起步时问不长，而国际上塑料模具钢的品种则有很多可供选择 目前，我国虽然也有个别品种诸如预硬化钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国产的钻头、端铣刀等切削工具难以切削诸如HRC40等很硬的钢。

从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，检测手段落后，模具装配水平不高，导致容易出现溢料或错位现象。

吹塑制品目前存在的主要问题是外观不良、厚薄不均、造型不美、精度不高。此外还存在恶性竞争、发展不平衡、价格不合理等现象，这些都阻碍了模具行业的健康发展。

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1.3我国塑料模具的发展的趋势

由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求，以下的发展趋势也较为明显[1]。

① 在模具设计制造中将全面推广CAD／CAM／CAE技术。

CAD／CAM／CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实践证明，CAD／CAM／CAE技术是模具制造的发展方向。现在，全国普及CAD／CAM／CAE技术的条件已基本成熟。

② 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用。

高速扫描机和模具扫描系统已在我国200多家模具厂得到应用，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的研制制造周期。

③ 快速原型制造（RPM）及相关技术将得到更好的发展。

快速原型制造（RPM）技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成型技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散／堆积（即材料累加）成型思想，根据零件CAD模型，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造。

④ 超精加工和复合加工将得到发展。 航空航天等部门已应用纳米技术，必须要有超高精度的模具制造超高精度的零件。随着模具向精密化和大型化方向发展，加工精度超过1微米的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工技术在今后的模具制造中将有广泛的前景。

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第二章 原料介绍

本塑件（如图1）的原料为ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，所以常被用于制造仪器的塑料外壳。

ABS树脂是丙烯腈（Acrylonitrile）、1,3-丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）三种单体的接枝共聚物。它的分子式可以写为（C8H8·C4H6·C3H3N）x，但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中，丙烯腈占15%~35%，丁二烯占5%~30%，苯乙烯占40%~60%，最常见的比例是A:B:S=20:30:50。ABS塑料的成型温度为180-250℃，但是最好不要超过240℃，此时树脂会有分解[2]。

图1 塑件结构图

随着三种成分比例的调整，树脂的物理性能会有一定的变化： 1,3-丁二烯为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性，但是过多的丁二烯会降低树脂的硬度、光泽及流动性；

丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质； 苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度。 ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.04~1.06 g／cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解[3]。

ABS树脂可以在-25℃~60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此它可以被用于家电

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外壳、玩具等日常用品。常见的乐高积木就是ABS制品。

ABS树脂可与多种树脂配混成共混物，如PC／ABS、ABS/PVC、PA／ABS、PBT／ABS等，产生新性能和新的应用领域，如：将ABS树脂和PMMA混合，可制造出透明ABS树脂。

ABS是本世纪40年代发展起来的通用热塑性工程塑料，是一个综合力学性能十分优秀的塑料品种，不仅具有良好的刚性、硬度和加工流动性，而且具有高韧性特点，可以注塑、挤出或热成型。ABS树脂容易加工，加工尺寸稳定性好和表面光泽度好，容易涂装、着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能，可广泛应用于电子电器领域，包括各种办公和消费性电子/电器，办公电器包括电子数据处理机、办公室设备。近年来在电子电器市场， ABS树脂在要求阻燃和高耐热的电子/电器市场中将保持其地位，阻燃与耐高热的ABS树脂在与ABS/PC等工程塑料合金的竞争中具有明显的优势。

本塑件设计选用Monsanto Kasei 公司生产的牌号为TFX-210的ABS树脂其性能参数见表1：

表1 牌号为TFX-210的ABS树脂的性能参数 性能

固体密度/（g·cm-3） 熔体密度/（g·cm-3） 热变形温度/℃ 拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 冲击强度/（J·m-1） 弹性模量/MPa 剪切模量/MPa 成型收缩率/%

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参数 1.0828 0.97453 87 45 65 157 2760 992.8 0.40~0.50

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第三章 浇注系统的设计

因为塑件原料为ABS树脂不但形状复杂，且尺寸精度要求较高，所以尽管塑件的质量较轻，仍采用单分型面，一模两腔对称布置。分型面选择在塑件投影面积最大的部位。分流道设计在分型面上，以便于浇口的加工。浇注系统如图2所示。

图2 浇注系统示意图

3.1主流道的设计

主流道设计为主流道衬套的形式，主流道的形状设计为圆锥形长度为60mm，小端直径为4mm，大端直径为6mm，形状如图2所示。主流道衬套的材料选择优质的工具钢T8A进行加工并且要进行热处理表面硬度达到50~55HRC。

主流道凝料量为V主 V主=π32×180／3－π22×120／3

= 1695.6－502.4=1193.2mm3 =1.19cm3

3.2分流道的设计

分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关[4]。分流道的断面形状有圆形、六边形、半圆形、梯形、矩形、U字形等。本设计的分流道采用平衡式的分布，因该塑件的体积较小、壁厚比较均匀，为了便于加工，分流道截面形状采用圆形，一半在动模一侧，另一半在定模一侧，直径取5mm，总长度为22mm。形状如图2所示。

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分流道凝料量为V分 V分=π2.52×22= 431.75mm3=0.43cm3

3.3浇口的设计

浇口是连接分流道与行腔的通道，虽然是浇注系统中截面积最小的部分，但却是浇注系统的关节部分。其断面尺寸都比分流道的断面尺寸小得多，长度也短很多，起着调节料流速度、控制补料时间等作用。由于塑件结构接近平板状，为了保证顺利充模，采用边缘浇口即侧浇口。浇口长度为3mm。具体形状如图2所示。

3.4冷料井的设计

冷料井是用来除去料流中的前端冷料。在注射循环过程中，由于注射机喷嘴与低温模具接触，使喷嘴前端存有一小段低温料。如果冷料进入型腔将造成制件上的冷瘢、冷接缝，甚至在进入型腔前冷料头即将浇口堵塞而不能进料[5]。本设计的冷料井采用带拉料杆的冷料井，拉料杆选用Z形拉料杆。

3.5Moldflow模拟注射过程

Moldflow是一款能在电脑上模拟塑料成型的软件，多用于注射成型，其能准确反应塑胶制品在成型过程中的充填过程，体积收缩，熔接痕，冷却效果以及变形等情况，使其能够在加工制造前对设计方案进行模拟评估以及优化处理。减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期，降低开发成本，在模具设计初期以及改模阶段起着不可忽视的作用[6]。

按照设计数据在Moldflow中建立浇注系统、选好原料、设置成型工艺参数。然后进行注射过程的模拟。

通过计算机模拟可得到如表2中的数据：

表2模拟结果数据表

模拟项目

充填时间（s） 充填的体积（cm3） 浇注系统凝料体积（cm3）

最大注射压力(MPa) 熔体温度（℃） 保压时间（s） 冷却时间（s） 最大锁模力

结果 2.278 19.5210 1.6751 20.6030 232.9034 10.00 20.00

7.0002E+03 tonne

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得到的相关参数变化曲线如下所示：

注射位置处压力变化曲线如图3所示：

图3注射位置处压力变化曲线

锁模力的变化曲线如图4所示：

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图4锁模力变化曲线

推荐的螺杆转速变化曲线如图5所示：

图5螺杆转速变化曲线

气穴的分分析结果：

通过Moldflow的分析，该塑件可能会出现气穴的位置（图中红线圈出的位置）如图6所示：

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图6气穴的形成位置

气穴是指由于熔体前沿汇聚而在塑件内部或者模腔表面层形成的气泡，气穴的出项可能导致短射的发生，造成填充不完全和保压不充分，形成最终制件的表面瑕疵，甚至可能由于气体压缩产生热量而出现焦痕。

气穴的成因[6]： ① 跑道效应； ② 滞流； ③ 流长不平衡，即使制件厚度均匀，各个方向上的流长也不一定相等，导致气穴的形成； ④ 排气不充分，在制件最后填充的区域缺少排气口或者排气口不足时引起气穴形成的最常见原因。 解决方案： ① 平衡流长： ② 避免滞流和跑道效应的出现，对浇注系统作修改，从而使制件最后填充的位置位于容易排气的区域； ③ 充分排气，将气穴放置在容易排气的位置或者利用顶杆排放气体。

熔接痕和熔接线的分析结果：

当两个或多个料流前沿相遇融合时，会 θ 形成熔接痕或者是熔接线。两者的区别在于 融合流动前沿的夹角大小，夹角θ的定义如 图7所示：图中两个箭头为流动前沿方向， 若图中标注的θ角大于135°，则形成熔接 线，若小于135°则形成熔接痕。 图7熔接方向示意图

熔接线位置上的分子趋向变化强烈，因此该位置的机械强度明显减弱。熔接痕要比熔接线的强度大，视觉上的缺陷也不如熔接线明显。熔接痕和熔接线出现的位置还有可能出现凹陷、色差等质量缺陷。

通过Moldflow对充填的分析，可以得到制件的熔接痕可能形成的位置如图8所示：

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图8熔接痕的位置

熔接线和熔接痕的成因[6]：

由于制件的几何形状，填充过程中出现两个或两个以上流动前沿时，很容易形成熔接痕或者熔接线。

解决方案： ① 适当升高模具温度和熔体温度，使两个相遇的熔体前沿融合得更好； ② 增加螺杆转速； ③ 改进浇注系统的设计，在保持熔体流动速率的前提下减小流道尺寸，以产生摩擦热。

如果不能消除熔接线和熔接痕，那么应使其位置出现在制件的不敏感区域，以防止影响制件的机械性能和表观质量，通过改变浇口的位置或者改变制件厚度可以改变制件上熔接痕和熔接线的位置。

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第四章 型芯型腔的尺寸计算

模具的成型尺寸是指型腔上直接用来成型塑件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形或异性型芯的长和宽），型腔和型芯的深度或高度尺寸，中心距尺寸等。在设计模具时必须根据制品的尺寸和精度要求来确定成型零件的相应的尺寸和精度等级，给出正确的公差值[5]。

4.1计算方法

成型尺寸的计算方法有平均收缩率法和极限尺寸法等方法，因为按平均收缩率法计算成型尺寸比较简单易行，是最常用的计算方法，所以本设计采用平均收缩率的方法进行成型尺寸的计算。 4.1.1型腔径向尺寸的计算

为了统一计算基准，按照一般习惯，规定型腔（孔）的最小尺寸为名义尺寸LM，偏差δm为正值，塑件（轴）的最大尺寸为名义尺寸LP，偏差Δ为负值。塑件的平均收缩率为εScp。

Δ塑件平均尺寸 LPcp=LP－

(4-1-1)

2型腔的平均尺寸 LMcp=LPcp＋εScpLPcp＋ε2ScpLPcp (4-1-2) 型腔的名义尺寸 LM= (LMcp－δm)﹢δm (4-1-3) 4.1.2型芯径向尺寸的计算

规定型芯（轴）的最大尺寸为名义尺寸LM，其偏差δm为负，而对应塑件的内表面（孔）的最小尺寸为名义尺寸LP，偏差Δ为正值。

Δ塑件上孔的平均尺寸为LPcp=LP＋ (4-2-1)

2型芯的平均尺寸 LMcp=LPcp＋εScpLPcp＋ε2ScpLPcp (4-1-2) 型芯的名义尺寸LM= (LMcp＋δm)﹣δm (4-2-2) 4.1.3型腔深度尺寸的计算

型腔深度尺寸以其最小尺寸为名义尺寸，同时有正公差，对型腔深度不考虑脱模磨损。对应塑件上的高度HP为最大尺寸，偏差Δ为负偏差。

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Δ (4-3-1) 2型腔深度平均尺寸HMcp=HPcp＋εScpHPcp＋ε2ScpHPcp (4-3-2) 型腔深度名义尺寸 HM= (HMcp－δm)﹢δm (4-3-3

Δ塑件深度的平均尺寸HPcp=HP＋ (4-4-1)

2型芯高度平均尺寸 HMcp=HPcp＋εScpHPcp＋ε2ScpHPcp (4-3-2) 型芯高度名义尺寸 HM= (HMcp＋δm)﹣δm (4-4-2)

塑件高度平均尺寸 HPcp=HP－

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4.2计算结果

已知塑料制件的精度等级为MT5则对应的模具精度等级为IT11。制件的平均收缩率为0.0045。

塑件下部的成型尺寸如图9所示：

图9 塑件成型尺寸示意图

图9中的LM1、LM2、LM3、LM4和RM属于型腔的径向尺寸，应该按照4.1.1中所给的公式4-1-1、4-1-2、4-1-3进行计算(单位：mm)：

LP1=52-0.74

0.74LPcp1=52－=51.63

2LMcp1=51.63+0.0045×51.63+0.00452×51.63=51.86 LM1=(51.86－0.19)+0.19=51.67+0.19

LP2=48-0.64

0.64LPcp2=48－=47.68

2LMcp2=47.68+0.0045×47.68+0.00452×47.68=47.89

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LM2=(47.89－0.16)+0.16=47.73+0.16

LP3=43.6-0.64

0.64LPcp3=43.6－=43.28

2LMcp3=43.28+0.0045×43.28+0.00452×43.28=43.47 LM3=(43.47－0.16)+0.16=43.31+0.16

LP4=42.6-0.64

0.64LPcp4=42.6－=42.28

2LMcp4=42.28+0.0045×42.28+0.00452×42.28=42.47 LM4=(42.47－0.16)+0.16=42.31+0.16

RP=7.0-0.28

0.28RPcp=7.0－=6.86

2RMcp=6.86+0.0045×6.86+0.00452×6.86=6.89 RM=(6.89－0.09)+0.09=6.80+0.09

图9中的LM5、LM6、LM7、LM8属于型芯的径向尺寸，应该按照4.1.2中所给的公式4-2-1、4-1-2、4-2-2进行计算(单位：mm)：

LP5=36+0.56

0.56LPcp5=36＋=36.28

2LMcp5=36.28＋0.0045×36.28＋0.00452×36.28=36.44 LM5= (36.44+0.16)﹣0.16=36.60﹣0.16 LP6=2.0+0.20

0.20LPcp6=2.0＋=2.1

2LMcp6=2.1＋0.0045×2.1＋0.00452×2.1=2.11 LM6= (2.11+0.06)﹣0.06=2.17﹣0.06

LP7=6.0+0.28

0.28LPcp7=6.0＋=6.14

2LMcp7=6.14＋0.0045×6.14＋0.00452×6.14=6.17 LM7= (6.17+0.09)﹣0.09=6.26﹣0.09

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LP8=10+0.28

0.28=10.14 2LMcp8=10.14＋0.0045×10.14＋0.00452×10.14=10.18 LM8= (10.18+0.09)﹣0.09=10.27﹣0.09

图9中的HM1、HM2、HM3、HM4、HM5属于型腔深度尺寸，应该按照4.1.3中所给的公式4-3-1、4-3-2、4-3-3进行计算(单位mm)：

HP1=2.5-0.4

0.4HPcp1=2.5－=2.3

2HMcp1=2.3＋0.0045×2.3＋0.00452×2.3=2.31

﹢0.06﹢0.06

HM1= (2.31－0.06)=2.25

HP2=4.5-0.44

0.44HPcp2=4.5－=4.28

2HMcp2=4.28＋0.0045×4.28＋0.00452×4.28=4.30

﹢0.075﹢0.075

HM2= (4.30－0.075)=4.225

HP3=3.5-0.44

0.44HPcp3=3.5－=3.28

2HMcp3=3.28＋0.0045×3.28＋0.00452×3.28=3.29

﹢0.075﹢0.075

HM3= (3.29－0.075)=3.215

HP4=3.0-0.4

0.4HPcp4=3.0－=2.8

2HMcp4=2.8＋0.0045×2.8＋0.00452×2.8=2.81 HM4= (2.81－0.06)﹢0.06=2.75﹢0.06

HP5=2.0-0.4

0.4HPcp5=2.0－=1.8

2HMcp5=1.8＋0.0045×1.8＋0.00452×1.8=1.81

LPcp8=10＋

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HM5= (1.81－0.06)﹢0.06=1.75﹢0.06

塑件的上部的成型尺寸如图10所示：

图10塑件成型尺寸示意图

图10中LM1、LM2、LM3、LM4、LM5属于型腔径向尺寸，应该按照4.1.1中所给的公式4-1-1、4-1-2、4-1-3进行计算(单位：mm)：

LP1=14-0.32

0.32LPcp1=14－=13.84

2LMcp1=13.84+0.0045×13.84+0.00452×13.84=13.90 LM1=(13.90－0.11)+0.11=13.79+0.11

LP2

=10-0.28

0.28LPcp2=10－=9.86

2LMcp2=9.86+0.0045×9.86+0.00452×9.86=9.90 LM2=(9.90－0.09)+0.09=9.81+0.09

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LP3=2-0.2

0.2=1.9 2LMcp3=1.9+0.0045×1.9+0.00452×1.9=1.91 LM3=(1.91－0.06)+0.06=1.85+0.06

LP4=3.5-0.24

0.24LPcp4=3.5－=3.38

2LMcp4=3.38+0.0045×3.38+0.00452×3.38=3.40 LM4=(3.40－0.075)+0.075=3.325+0.075

LP5=3-0.2

0.2LPcp5=3－=2.9

2LMcp5=2.9+0.0045×2.9+0.00452×2.9=2.91 LM5=(2.91－0.075)+0.075=2.835+0.075

图10中HM1、HM2、HM3、HM4属于型腔的深度尺寸，应该按照4.1.3中所给的公式4-3-1、4-3-2、4-3-3进行计算(单位mm)：

HP1=2-0.4

0.4HPcp1=2－=1.8

2HMcp1=1.8＋0.0045×1.8＋0.00452×1.8=1.81 HM1= (1.81－0.06)﹢0.06=1.75﹢0.06 HP2=3.9-0.44

0.44HPcp2=3.9－=3.68

2HMcp2=3.68＋0.0045×3.68＋0.00452×3.68=3.70 HM2= (3.70－0.075)﹢0.075=3.625﹢0.075

HP3=11.4-0.52

0.52HPcp3=11.4－=11.14

2HMcp3=11.14＋0.0045×11.14＋0.00452×11.14=11.19

﹢0.11﹢0.11

HM3= (11.19－0.11)=11.08

HP4=1.5-0.4

LPcp3=2－

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0.4=1.3 2HMcp4=1.3＋0.0045×1.3＋0.00452×1.3=1.31 HM4= (1.31－0.06)﹢0.06=1.25﹢0.06

塑件的上部成型尺寸如图11所示：

HPcp4=1.5－

图11塑件成型尺寸示意图

图11中的LM1、LM2、LM3属于型腔径向尺寸，应该按照4.1.1中所给的公式4-1-1、4-1-2、4-1-3进行计算(单位：mm)：

LP1=5-0.28

0.28LPcp1=5－=4.86

2LMcp1=4.86+0.0045×4.86+0.00452×4.86=4.88 LM1=(4.88－0.075)+0.075=4.805+0.075

LP2=39.5-0.56

0.56LPcp2=39.5－=39.22

2LMcp2=39.22+0.0045×39.22+0.00452×39.22=39.40 LM2=(39.40－0.160)+0.160=39.24+0.160 LP3=32.5-0.56

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0.56=32.22 2LMcp3=32.22+0.0045×32.22+0.00452×32.22=32.37 LM3=(32.37－0.160)+0.160=32.21+0.160

图11中的LM4、LM5属于型芯的径向尺寸，应该按照4.1.2中所给的公式4-2-1、4-1-2、4-2-2进行计算(单位：mm)：

LP4=28.5+0.50

0.50LPcp4=28.5＋=28.75

2LMcp4=28.75+0.0045×28.75+0.00452×28.75=28.87 LM4=(28.87+0.130)-0.130=29.00-0.130

LP5=6+0.24

0.24LPcp5=6＋=6.12

2LMcp5=6.12+0.0045×6.12+0.00452×6.12=6.15 LM5=(6.15+0.09)-0.09=6.24-0.09

图11中的HM1属于型腔的深度尺寸，应该按照4.1.3中所给的公式4-3-1、4-3-2、4-3-3进行计算(单位mm)：

HP1=7-0.48

0.48HPcp1=7－=6.76

2HMcp1=6.76＋0.0045×6.76＋0.00452×6.76=6.79 HM1= (6.79－0.09)﹢0.09=6.70﹢0.09

塑件上气孔的成型尺寸如图12所示： 图12中LM属于型芯的径向尺寸，应该 按照4.1.2中所给的公式4-2-1、4-1-2、4-2-2 进行计算(单位：mm)：

LP=1.2+0.2

0.2LPcp=1.2＋=1.3

2LMcp=1.3+0.0045×1.3+0.00452×1.3

=1.306 图12塑件成型尺寸示意图 LM=(1.306+0.06)-0.06=1.366-0.06

图12中HM属于型芯高度尺寸，应该按照

LPcp3=32.5－

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4.1.4中所给的公式4-4-1、4-3-2、4-4-2进行计 算(单位：mm)：

HP=3.5 +0.44

0.44HPcp=3.5＋=3.72

2HMcp=3.72＋0.0045×3.72＋0.00452×3.72=3.73 HM=(3.73+0.075) -0.075=3.7375-0.075

塑件上部三个柱体的成型尺寸如图13所示： 图13中的HM属于型腔的深度尺寸，应该按 照4.1.3中所给的公式4-3-1、4-3-2、4-3-3进行计 算，LM属于型腔径向尺寸，应该按照4.1.1中所 给的公式4-1-1、4-1-2、4-1-3进行计算底部倒角 为0.5。(单位mm)：

LP=2-0.20

0.20 LPcp=2－=1.9 图13塑件成型尺寸示意图

2LMcp=1.9＋0.0045×1.9＋0.00452×1.9=1.91 LM= (1.91－0.06)﹢0.06=1.85﹢0.06

HP=2.8-0.4

0.4=2.6 2HMcp=2.6+0.0045×2.6+0.00452×2.6=2.61 HM=(2.61－0.06)+0.06=2.55+0.06

成型塑件上斜孔的型芯杆尺寸如图14所示： (用于成型的部分)

图14中LM1属于型芯的径向尺寸，应该 按照4.1.2中所给的公式4-2-1、4-1-2、4-2-2 进行计算，LM2属于型芯高度尺寸，应该按照 4.1.4中所给的公式4-4-1、4-3-2、4-4-2进行计 算(单位：mm)：

LP1=5+0.24

0.24LPcp1=5＋=5.12

2LMcp1=5.12+0.0045×5.12+0.00452×5.12 图14型芯杆尺寸示意图

HPcp=2.8－

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=5.14

LM1=(5.14+0.09)-0.09=5.23-0.09

LP2=14.5+0.38

0.38LPcp2=14.5＋=14.69

2LMcp2=14.69+0.0045×14.69+0.00452×14.69=14.75 LM2=(14.75+0.11)-0.11=14.86-0.1

第五章 模具冷去系统的设计及计算

注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注入模具的塑料熔体温度都很高在200~300℃。而塑件固化后从模具中取出来的温度为60~80℃以下[7]。为了调节型腔温度，需在模具内开设冷却水通道或油通道，通过模温调节机调节冷却介质的温度从而调节模具型芯型腔的温度。

冷却系统设计原则[5]：

第一，动定模和型腔的四周应均匀的布置冷却水通道，不可只布置在模具的动模一边或定模一边，否则脱模后制品温度不一会发生翘曲变形。

第二，冷却水道离型腔表面的距离不能太近也不能太远，一般不超过管径的3倍，以12~15mm为宜。

第三，水孔与相邻型腔表面的距离应相等。 第四，采用并流流向，加强浇口处得冷却。

在本设计中，由于塑件尺寸较小，模具尺寸也不大，所以应尽量避免复杂的水道设计。本设计采用直通式水道，动定模上分别设4条冷却通道，如图15所示：

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图15 冷却水通道示意图

将冷却水道的直径设计为d=8mm，冷却介质选用水，介质流速设为u=1m/s，线面对冷却效果进行评估：

塑料制品在固化时每秒钟释放的热量为：

Q1=m＇·q (5-1)

式中m＇——平均单位时间内注入模具的塑料质量kg/s

q ——单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量，kJ/kg

前面通过Moldflow分析可知充填的体积为19.5210cm3，充填时间为2.14s，ABS的熔体密度为0.97453g/cm3，所以可以得到：

19.5210?0.97453m＇==0.0089

1000?2.14

因为q=3.5×102 kJ/kg，所以：

Q1=0.0089×3.5×102

=3.115

在一般情况下塑料熔体带入热量的90%~95%都是通过模具冷却通道由冷却介质带走的，因此在作冷却水通道设计时可粗略地按照熔体带入热全部由冷却水带走进行计算，这在工程计算中是合理的[5]。

塑料熔体在固化过程中每秒钟冷却水带走的热量为：

Q2=m·C·ΔT ·8 (5-2)

式中 m ——单位时间水流量，kg C ——水的比热容，kJ/(kg·℃)

ΔT ——冷却介质进出口温度差，一般取在3℃~5℃之间

d因为m=π×()2×ρ×u

2 =3.14×0.0042×1000×1 =0.05024

所以Q2=0.05024×4.2×4×8

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=6.752256

因为Q2大于Q1所以可以完成塑件成型过程中的冷却任务，所以此设计可行。

第六章 模具的开模过程校核

6.1侧抽芯机构的抽拔过程校核

塑件的两个圆形侧孔采用对称的斜导柱侧抽芯机构如图16所示，导柱固定在定模一侧，斜滑块和侧型芯安装在动模一侧，利用开模动作，斜导柱带动固定在斜滑块上的侧型芯实现侧抽芯动作。综合考虑抽拔距、抽拔力，以及斜导柱强度等因素，去斜导柱的倾斜角为10°。

图16侧抽芯机构示意图

抽拔距的计算[8]：

成型塑件侧孔所需的抽拔距为：

S=7.5+(3~5) ≈12.5mm

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则抽拔时所需要的最小开模行程H1为：

H1=12.5×(cot10°cos27°+sin27°)+(3~5) ≈74mm

顶出塑件所需要的开模行程S＇为：

S＇=塑件高度+主流道凝料高度+型芯高度+安全系数 =16+72+5+(5~10) ≈98mm

因此在推出塑件的同时能够实现侧孔的侧抽芯动作。 斜导柱长度L的计算： L= =

S主流道凝料高度+cos27°+(8~15) sin10?cos10?7212.5+×0.891+(8~15) 0.98480.17365 =147mm

6.2斜推杆推出过程校核

塑件内部的两个卡扣采用斜推杆导滑的内侧抽芯机构，如图17所示。斜推杆采用T型槽导滑，固定在推杆固定座上，在顶出塑件的同时带动斜推杆实现内侧抽芯动作。

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图17斜推杆机构示意图

取斜推杆的倾角为5°，内侧抽芯的抽拔距为1.5mm，则要实现内侧抽芯所需的顶出距离为H：

H=1.5/sin5°+(3~5) ≈20mm

而开模是顺利推出塑件所需要的开模行程为98mm，因此采用本斜推杆结构能在顶出塑件的同时，顺利实现内侧抽芯。

第七章 注射机的选择及相关参数校核

7.1注射机的选择

经过Moldflow的分析可知一次成型的注射量为19.5210cm3，依公式： V公=V总/0.8 (7-1) 则有：V总=19.5210/0.8=24.40125cm3

根据以上计算，选定公称注射量为30cm3，注射机型号为XS-Z-30卧式注塑机，其主要技术参数见表3[9]：

表3 XS-Z-30型注射机的主要参数

项目 公称注射量/cm3 螺杆直径/mm 注射压力/MPa 注射行程/mm 合模力/N 模板最大行程/mm 拉杆空间/mm 合模方式 电动机功率/kW 喷嘴球半径/mm 喷嘴口半径/mm 设备产地

参数 30 28 119 130 2.5×105 160 235 液压—机械

5.5 12 4

上海塑料机械厂

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7.2注射机相关参数的校核

7.2.1注射机压力校核

已知ABS所需的注射压力为80~110Mpa，这里取p0=85 Mpa，该注射机的公称注射压力p公=119 Mpa，注射压力安全系数k1=1.25~1.4，这里取k1=1.3，则有[6]：

k1p0=1.3×85

=110.5

塑件在分型面上的投影面积为A塑：

A塑=πr2=3.14×262

=2122.64mm2

浇注系统在分型面上的投影面积为A浇： A浇=πr

主2+L分d分 =3.14×32+22×5 =138.26mm2 (注：浇口尺寸较小投影面积可以忽略)

则A总= A塑+ A浇=2122.64+138.26=2260.9mm2

模具型腔内的胀型力为F胀： F胀=A总p模

=2260.9×30 =67827N

式中p模是型腔的平均计算压力值，通常取注射压力的20%~40%，大致范围为25~40MPa，这里取其值为30.

由表3可知该型号的注射机锁模力F锁=250000N，锁模力的安全系数k2=1.1~1.2，这里取k2=1.2，则：

k2F胀=1.2×67827

=81392.4N

所以，注射机锁模力合格。

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结论

根据抽芯盖塑件的结构特点，该模具采用一模两腔结构，在设计中同时采用斜导柱和斜推杆形式的侧抽芯机构，实现了塑件上较深的两个侧孔和两个卡扣的脱模和侧抽芯。推出机构采用平衡分布的顶杆，每个塑件选用4根顶杆，同时斜推杆和拉料杆也能起到一定的推出作用，所以塑件受力均匀，推出后可将塑件的变形降到最低。模架选择标准的两板式模架，结构简单，装卸方便。综上所述，该模具结构独特，运行可靠，保证了塑件的质量，满足使用要求。

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参考文献

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[2] 黄锐，曾邦禄．塑料成型工艺学[M]．北京：中国轻工业出版社，2010． [3] 冯孝中，李亚东．高分子材料[M]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007． [4] 王树逊，朱亚林．注塑模具设计[M]．广州：华南理工大学出版社，2005． [5] 申开智．塑料成型模具[M]．北京：中国轻工业出版社，2010．

[6] 单岩．Moldflow模具分析技术基础[M]．北京：清华大学出版社，2004． [7] 叶久新．塑料模具设计指导[M]．北京：北京理工大学出版社，2009．

[8] 伍先明，王群，庞佑霞等．塑料模具设计指导[M]．北京：国防工业出版社，2007． [9] 陈世煌．塑料成型机械[M]．北京：化学工业出版社，2005．

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