塑料基座注塑模具设计

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第1章 绪 论

1.1 塑料模具在我国工业生产中的地位

当今，塑料模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家塑料产品制造水平高低的主要标志之一，因为塑料模具的好坏在很大程度上决定着塑料产品质量的好坏，效益和新产品的开发能力。塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化美观及手感的要求越来越高，这就为塑料工业的发展提供了更为广阔的市场。塑料制品业的发展必定带动塑料模具业的发展。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高速运行，发展迅速，因此，塑料模具行业也快速发展。2007年，我国（未包括港澳台统计）塑料模具销售额约为365亿元[1].相信我国塑料模具销售额在2011年将会突破800亿元。由此预测，塑料模具工业的发展不仅在国民经济中占有很重要的地位，而且其发展水平直接影响我国塑料工业，汽车工业，电子工业，通信技术，建筑等行业的发展。塑料模具工业是我国经济发展所必须的基础工业。

1.2 国内外塑料模具工业比较

1.2.1 模具材料和标准件

国内大多数冶金厂设备、工艺较落后，大多采用电炉冶炼，钢的纯度差，表面脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。钢材的冶金质量低、成材率低，一般质量的模具钢多，高质量的模具钢材少。国外发达国家的模具钢成材率与国内相比存在很大差距。我国列入国家标准中的塑料模具钢仅为3Cr2Mo 和3Cr2MnNiMo。国外常用的塑料模具钢已形成较完整的系列。我国塑料模用钢的随意性较大，80 %是用碳钢和40Cr 钢。对于复杂、精密模具，为避免热处理变形，一般在退火态、正火态或调质态加工使用，因此寿命仅为国外同类模具的1P10～1P2。国内汽车塑料模具企业大多愿意选用德国、日本、瑞典三大系列的模具钢,高光模具材料用N K80、2738、 P20；关键模具材料用进口的2738、NAK80、S136 等。但是，在国内购买欧洲模具钢材，价格

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上扬30%～40%，严重影响了国内模具的竞争力[2]。

国际上，汽车模具已进入专业化、标准化阶段，汽车模具基本是由专业的模具制造商提供，模具商品化率在70 %以上，还有许多专门生产模具标准件的企业，汽车模具标准件多达几百种。国外模具的标准化率可达85 %(如德国、日本)，中小模具的局部结构标准化程度高(如日本的手机模具)。德国的保险杠模具，模架是标准的，热流道是标准的，和国内相比，周期快，成本降低30 %。国内模具企业大型模具的标准化程度约为25 %～30 %[2]。模具的标准化程度已成为制约国内模具制造周期的瓶颈之一。也影响了国内模具的竞争力。 1.2.2 模具的精度和模具制造周期

国外的汽车企业都在实施“2mm”工程,在国内，单一零件还能够做到，几百个零件装配到一起就没有保证了。零件精度低造成修配量大，整模故障率高、稳定性差。日本的汽车模具精度可达0.02mm，塑料模分模面的精度控制在0.01mm。而国内汽车模具的品牌企业，汽车模具精度控制在0.03-0.05mm；塑料模分模面配模精度0.03mm 左右。

德国的模具制造周期在2周～20天，备料4～5天，试模2～3天。日、韩的模具周期要求2周，原因是他们有专门的模具配件城，滑块、顶杆、浇口套组件等均可以买到，型腔件加工好装上就行了。国内配件标准化做不到；零件加工精度做不到。国外对发出去的模具进行可靠性、稳定性跟踪国内是模具出了问题，再派人去。 1.2.3 模具企业员工的素质

德国、日本模具企业的员工多年的工作经验, 模具企业技术人员比例很高, 多数企业在25 %以上，有些在50 %以上。有些企业往往是大多数职工可在技术与生产岗位上互换，具有很高的素质。国内模具企业的员工缺乏高新加工技术的培训和高端数控机床操作技能的培训。在某种程度上，也影响了高端设备的利用率。模具企业技术人员比例偏低，多数企业在15%～20%之间，且只注重模具开发，不重视产品开发，因此综合开发能力较低。

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1.2.4 加工设备、模具制造工艺和测量技术

德国、日本模具企业的加工设备先进，基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或4轴～5 轴联动的高速加工机床，能实现模具型面的镜面加工。而国内模具企业的4 轴～5 轴联动的高速加工机床占的比例有限，高光模具的加工与国外相比差距较大。德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化，制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在线测量，这方面国内至少差15～20 年。德国的精密品牌产品，除了加工过程中的在线检测外，手机类、剃须刀类的产品，全部通过可靠性测试、耐候性测试、寿命测试、剃刀表面和间隙的微观显微放大测试、主要零件外形和装配后外形的激光3D 测试等。这些重要数据为产品的更新换代提供了非常重要的依据。 1.2.5 信息化管理和物流管理

德国、日本模具企业的车间均采用6S 管理系统，现场有塑料废料损耗跟踪、模具损坏跟踪；全厂物流采用仓储自动化管理系统；车间有中央电脑室,可展示、查询全车间的加工工艺、质量、产量、当天、当周、当月的报表等，售出的产品跟踪和次品跟踪。

1.2.6 新工艺、新材料研究和创新能力

塑料加工新工艺的研究，日本、德国、美国、意大利等发达国家处于领先地位。新材料、注射工艺与设备的研制，日本处于领先地位。环保复合材料注射专机和注塑工艺P制品的研究欧洲处于领先地位。多层、多功能复合薄膜挤出专机、薄膜厚度控制、薄膜层数控制及各种功能薄膜的材料研究，美国处于世界前沿。

一个国家的创新、研发能力体现了国家的综合基础实力。国外企业对新产品开发很重视，模具厂经常会与材料厂商、产品厂共同开发新产品和模具；注射机厂会与材料厂商共同研发新机型；名牌塑料供应商会与名牌汽车公司联合研制以塑代钢的新塑料和新产品。这种强强合作，使企业具有很强的研发能力

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1.3 我国塑料模具市场的需求状况

模具被誉为“百业之首, 工业之母”，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。近年来, 中国模具工业以年均20%的速度持续快速增长。截止2006 年年底, 中国模具销售额达720 亿元, 跃居世界第三。随着塑料工业的不断发展, 塑料模具占模具总量的比例逐渐提高。据统计，2000 年中国塑料模具产值约100 亿元人民币, 2006 年已发展到300 多亿元人民币, 年均增长率超过21%, 高于模具行业总体发展速度。塑料模具的发展潜力是不可低估的。随着中国汽车、电子、通讯、家电等行业的发展, 对塑料模具的需求越来越大, 对产品质量要求越来越高。以汽车工业为例, 随着汽车产销量高速增长, 汽车模具潜在市场十分巨大。譬如在生产汽车时, 仅制造一款普通轿车约需200 多件内饰件模具, 而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具, 从模具行业生产能力看, 目前满足率仅约50%。在建筑领域, 塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋, 预计2012年全国塑料门窗和塑管普及率将达到50% 塑料排水管市场占有率将超过50%, 都会大大增加对模具的需求量。

1.4 国内塑料模具工业的展望

目前，我国的塑料消费费量已居世界首位，但人均消费量仅为工业发达国家的1/7，工业中等发达国家的1/4，预计要达到工业中等发达国家的水平还需20年。这无疑为我国塑料工艺和塑料模具产业提供了非常大的发展空间。

1、重点研究高强、高韧、耐高温塑料制品的成型工艺与模具加工技术。在国家重大专项的关键功能件项目中，模具专项体现了模具工业在制造业中所占的重要地位。因此，必须重点研究与大飞机工程、高速铁路、城市轨道交通项目配套的高强、高韧、耐高温、高耐磨性塑料制品的成型工艺与模具加工技术。

2、要大力发展节能降耗、以塑代钢的汽车零件的制造工艺和模具制造技术。目前为汽车服务的模具约占到我国全部模具产量的1/3 左右，在汽车行业比较发达的国家，为汽车服务的模具往往要占到其全部模具产量的40 %以上。随着人们生活水平的不断提高，轿车的车型不断更新，汽车向高速、舒适、风格化发展，车身结构将日趋复杂，要求模具向大型化、复杂化、高精度方向发展。轿车能源对绿色环保的要求也越来越高，轿车自重下降10% ，可以节省燃油6%～8%。以塑代钢是轿车轻量化的必

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由之路。因此，要大力发展节能降耗、以塑代钢的汽车零件的制造工艺和模具制造技术。

3、加速木塑复合材料注射成形技术、塑料金属复合材料注射成形技术的研和塑料异形高速挤出模具技术的研究。有关专家预计：2012 年与车船配套的塑料制品达150万吨；与家用电器配套的各种塑料零部件、绝缘材料、封装材料所需合成树脂400万吨；与房地产发展配套的建材,对PVC、PE、PP、PS、PC、PUR 等塑料的需求将达600万吨。因此，必须加速木塑复合材料注射成形技术、塑料金属复合材料注射成形技术的研究和塑料异形高速挤出模具技术的研究。

4、超薄成形、超精密成形的工艺和高精密模具制造技术的研究随着全球网络化和通信技术的飞速发展，通讯速率提高，手机、手提电脑小型化P轻量化, 对接插件封装技术、超薄成形技术、导光塑料的成形技术和模具的精度要求会越来越高。因此，必须研究超薄成形、超精密成形的工艺和模具制造技术。

5、提高模具的标准化水平和模具寿命，缩短模具制造周期建立模具钢基地和大型的模具材料供应中心(含各类塑料模具标准件)，提供优质服务，大力缩短模具备料周期；改善国产模具钢在后续锻造、热处理、表面处理等工艺，生产塑料模特需钢种———研制开发强耐蚀、高镜面塑料模具钢材，提高模具寿命。

6、以人为本、强化模具设计人员培养未来十年，中国将向模具制造强国的方向发展，模具设计人员的设计能力与国外发达国家相比亟待提高，应该采取“走出去、请进来”的方法，加强交流、取长补短，并强化设计人员的培训。

7、加强热流道技术、气辅技术、水辅技术、蒸汽辅助注射成形技术的推广应用，研究热流道技术、气辅技术、水辅技术、蒸汽辅助注射成形技术，是节材、节能、提高塑件表面质量的新技术，已在美国、德国、日本广泛用于家电类、汽车类塑料件注射成形

中。我国应在这方面加强推广应用研究。

8、建议建立全国性模具检测中心。随着模具工业的不断发展，模具质量检测工作已越来越迫切，但至今我国尚无一个国家级检测中心，建议建立全国性的检测中心。

9、模具智能化、工艺知识集成化和生产工艺 过程自动化

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1.5 研究目的及意义

汽车工业作为国民经济的支柱产业，对国民经济诸多部门起着促进和带动的作用。模具是汽车工业生产的基础工艺装备，模具工业的发展直接影响着汽车工业的发展。据介绍，卡车上零件的70％多，轿车上零件的80％多是模具成型制作的。因此，模具工业发展的快慢和技术水平的高低，直接影响着汽车工业的发展。

据统计，一辆客车或轿车上约有80%的零部件需要利用模具加工制造。一般汽车车身有数百个冲压件组成，冲压模高达1000套以上，模具的开发成本大约在2 亿美元左右。同时，在车型设计→模具设计与制造→模具调试→产品投产的整个周期中， 模具设计和制造约占2/3 的时间，成为制约新车型快速上市的关键因素。本田汽车公司由于模具开发时间滞后了3天而损失了800万美元，丰田公司滞后18 天损失高达5000万美元。由此可见模具快速高效开发的重要性。

目前，汽车使用塑料件已越来越广泛，因而每辆汽车的塑料件件数和总重量一直在不断增长，按2005年汽车产量为300万辆计算，当年共需各种配套塑料30万吨，而目前生产能力只有20万吨左右，加上配件所需，产需矛盾很大。另外，制造保险杠、仪表板、油箱、方向盘等的大中型塑料模，2005年只能满足规划需要量的50%左右。因此，我们以凯越轿车发动机系统塑料基座注塑模具设计为主题。

发动机基座是固定发动机的基座，是汽车制造中不可或缺的部分，发动机基座的好坏直接影响了发动机能否正常工作，也就直接影响了汽车的性能。因此，发动机基座模具的开发与设计是必须的。由于发动机在工作中会发热，会振动，因而对发动机基座有阻燃和优良韧性是必要的条件。凯越轿车发动机基座的注塑模具设计要综合考虑产品质量，性能等特性进行设计，是很有挑战性的一个设计课题。

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第二章 注塑模具的主要设计步骤

2.1 模具设计步骤

1、了解塑件用途、使用状况和工作要求，对塑件图上提出的塑件形状、尺寸精度等进行分析，既从成型工艺出发，对塑件的设计要求、模具结构合理性可行性等方面进行分析，对不够合理的地方进行修改。

2、根据塑件形状尺寸，估算塑件体积和质量

估算的主要目的是为选择设备提供依据，提高设备利用率和提高生产效率。 3、分析塑件图，确定成型方案

成型方案的确定主要包括选择成型位置，确定分型面、脱模形式、浇注系统形式、浇口位置及模具的加工方法等。

4、绘制总装图

初步绘制出模具总装图，并选择注塑机的性能（包括注塑量、注塑面积、模板间距等）。

5、计算

根据塑件尺寸精度要求，对成型零件的成型尺寸进行必要计算，对主要受力的零部件进行强度和刚度校核。必要时进行冷却面积计算，以便决定冷却形式和冷却水孔的直径与长度。

6、绘制模具零件图

零件图应包括必要尺寸、尺寸公差、光洁度、热处理条件等。 7、根据零件图进一步修改总装图。

2.2 塑件制品分析

塑件制品的分析包括以下内容：

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? 分析制品使用材料的成型工艺性（包括流动性、收缩性、熔化温度等）。 ? 分析制品的形状是否符合成型工艺和模具制造的要求。

? 要了解制品使用场合及功能，把握制品尺寸中的重点和关键及表观质量的要求。

本套模具的制品使用的材料是阻燃PA66-G15（蓝色）其性能见表2-1：

表 2-1 阻燃PA66-G15（蓝色）性能表

密度（g/cm2） 熔体指数（g/10min） 抗拉强度(/mpa) 断裂伸长率（%） 弯曲强度(/mpa) 冲击强度(kj/mm3) 热变形温度(℃) 熔化温度(℃) 成型收缩率（%） 1.24 15 110 4.5-6.5 168 32 >220 250-260 0.6-0.9

2.3 注塑机型号的确定

2.3.1 注塑机的分类及选择

按照注塑机外形特征可以分为以下几种：

（1）卧式注塑机：卧式注塑机是最常用的类型。其特点是注射装置的中心线与合模装置的中心线同心或一致，并平行于安装地面。它的优点是重心低，工作平稳，模具安装、操作及维修均较方便，模具开档大，占用空间高度小；但占地面积大，嵌件安装不当容易倾斜脱落。

（2）立式注塑机：其特点是合模装置与注射装置的轴线呈一线排列而且与地面垂直。具有占地面积小，模具装拆方便，嵌件安装容易，自料斗落入物料能较均匀地进行塑化，易实现自动化及多台机自动线管理等优点。缺点是顶出制品不易自动脱落，

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常需人工或其它方法取出，不易实现全自动化操作和大型制品注射；机身高，加料、维修不便。

（3）角式注塑机：注射装置和合模装置的轴线互成垂直排列。根据注射总成中心线与安装基面的相对位置有卧立式、立卧式、平卧式之分：①卧立式，注射总成线与基面平行，而合模总成中心线与基面垂直；②立卧式，注射总成中心线与基面垂直，而合模总成中心线与基面平行。角式注射机的优点是兼备有卧式与立式注射机的优点，特别适用于开设侧浇口非对称几何形状制品的模具[3]。

鉴于以上特点，本模具选择卧式注塑机。 2.3.2 注塑模与注塑机的校核与选择

注塑模与注塑机需作以下三方面的校核： 1、工艺参数的校核，包括: （1）最大注塑量

最大注塑量是指在对空注射的条件下，注塑螺杆或阻塞作一次最大注射行程时，注射装置注射出熔料的质量。为了确保塑件质量，注塑模一次成型的塑料质量（塑件和流道凝料质量之和）应在最大注塑量的35%—75%范围内，最大可达80%，最小应不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%—80%。

表2-2 ET25/280-35Concept型注塑机参数 项目 注 塑 装 置 锁螺杆直径 最大注塑量 最大射出压力 注射速率 锁模力 拉杆间距 开模行程 模具最小厚度 单位 mm cm3 mpa g/s KN mm×mm mm mm 数值 18 23 2.111 48.3 250 280×280 315 160 9

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国产注塑

模装置 最大模板开距 射出行程 射出孔半径 喷嘴球半径 顶出行程 顶出力 mm mm mm mm mm KN 475 90 2 20 100 26 机常用理论注塑容

积来表示机器的最大注塑能力，需经换算才能得知最大注塑量，而实际注塑重量是测量出来的。具体测量如下：物料采用纯PS，把料筒加热到正常工艺温度，一般喷嘴温度比料筒温度的设定高出6℃，预塑时将喷嘴闭锁成无流延状态，并在额定注射压力下以最高注射速度和最大注射行程，连续对空注射三次，取其重量的平均值。

由于注塑机最大注塑量是实测对空注塑量，在注入模具时，由于流动阻力增加，加大了沿螺杆方向的逆流量，再考虑安全系数，实际量M1应取机器最大注塑能力的85%。

M1=85%Mso （2-1）

对于其它非PS之非结晶料，其最大注塑量

M0=Msoρ/ρs （2-2)

式中：ρ——常温下某塑料的密度，g/cm3 ρs——常温下PS的密度，g/cm3

对于非结晶塑料可以为从常温状态到熔融状态，其密度变化倍率与PS变化倍率差不多，故可用常温下密度代入计算。而结晶形塑料由于从固态到熔态密度变化较PS变化更大。因此结晶塑料还要乘以一核正系数：

M0=0.9Msoρ/ρs （2-3） 同理，其实际最大注射量M1=85%M0

此次设计的凯越轿车发动机系统塑料基座塑件质量约为2.4克，即M1=2.4克，可得：2.4=0.85×0.9×1.24×Mso÷1.14 即Mso=2.884g

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（2）注塑压力的校核

所选用注塑机的注塑压力必须大于成型塑件所需的注射压力。成型所需的注射压力与塑料品种、塑件形状及尺寸、注塑机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。成型所需注射压力如下：

◆塑料熔体流动性好，塑件形状简单、壁厚，所需的注射压力一般小于70MPa。 ◆塑料熔体粘度较低，塑件形状复杂度一般，精度要求一般，所需注射压力通常选为70~100MPa。

◆塑料熔体具有中等粘度（改性PS、PE等），塑件形状复杂度一般，有一定的精度要求，所需的注射压力选为100~140MPa。

◆塑料熔体具有较高粘度（PMMA、PPO、PC、PSF等），塑件壁薄、尺寸大，或壁厚不均匀，尺寸精度要求严格，所需的注射压力约在140~180MPa范围。

本设计中，塑件材质为阻燃PA66-G15（蓝色），塑件形状复杂度一般，且具有一定的精度要求，故注射压力在100~140MPa范围，拟选为120MPa。

（3）锁模力的校核

当高压的塑料熔体充满型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具沿分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总投影面积乘以型腔内塑料压力。对于三板式模具或热流道模具，由于流道系统与型腔不在一个分型面上，则不应计入流道面积。作用在这个面积上的总力应小于注塑机的额定锁模力F，否则在注塑时会因锁模不紧而产生溢边跑料的现象。型腔内塑料熔体的压力按下式进行计算： P=K·P0 （2-4）

F = P·A （2-5）

式中：P——模具型腔及流道内塑料熔体的平均压力（MPa） P0——料筒内螺杆施于塑料熔体的压力（MPa）

A——制件与浇注流道在分型面上的总投影面积（cm2）

K——损耗系数，其随塑料品种、注塑机形式、喷嘴阻力、模具流道阻力而不同，一般在1/3~2/3范围内选择（螺杆式注塑机的K值比柱塞式大，直通喷嘴比弹簧喷嘴的K大）。

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由于影响型腔压力P与损耗系数K的因素较复杂， 因此用通用塑料生产小型制品时，模腔压力常取20～40Mpa。在作较详细计算时，应根据具体情况由经验决定。流程愈长，壁愈薄的塑件则需要较大的注塑压力，即需要更大的锁模力。

经计算，A=2×3.14×10.22＋4×60=9.06cm2，所以： F=K·P0·A=0.1Χ120Χ9.06=108.72MPa<250MPa 2、模具外形尺寸的校核： （1）模具厚度的校核 模具厚度必须满足下式：

Hmm ≤ Hm ≤ Hmax （2-6） 式中：Hmm—模具厚度

Hmin—注塑机允许最小模具厚度 Hmax—注塑机允许的最大模具厚度

（2）模具外形尺寸的校核

a、注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的台面上。

b、模具与注塑机接触面积不能大小。因为接触面积大小，在高压下合模则可能使模具陷入模板，使模板或模具屈服变形碎裂，或在循环压力下疲劳断裂，因此应对模板与模具的接触压力进行强度核对。对于铸钢模板，安全许用压应力取55Mpa。一般按经验判断，接触面积不得小于最大有效接触面积的1/2。 （3）模具安装尺寸的校核

注塑机的动模板、定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具安装固定方法有两种：螺钉固定、压板固定。采用螺钉直接固定时（大型注塑机常用此法），模具动、定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中、小模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大灵活性。 （4）喷嘴尺寸校核

注塑模主浇口凹坑的球面半径R应大于注塑机喷嘴球头半径r，以利用同心和精

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密接触，通常取R = r + (0.5-1)mm为宜，否则主浇道内凝料脱出。在此次设计中，r=20mm，R=21mm。

而主浇道始端浇口直径D应大于喷嘴孔径d，通常取D = d + (0.5-1)mm,以利于塑料熔体的流动。在此次设计中，d=2 mm，D=3mm。 3、开模行程及推出行程的校核

注塑机模间距是指注塑机动模座和定模座之间的间距，Sk是注塑机动模座与定模座之间的最大模座间距；注塑机模座行程S是指动模座在开闭模中实际移动的距离，模具闭合高度Hm是指模具合拢时的高度。对于所选用的注塑机，模具的闭合高度必须满足：

Hmin ≤ Hm ≤ Hmax （2-7） 式中 Hmin—注塑机允许的最小模具闭合高度，mm； Hmax—最大模具闭合高度，mm；

Hm—模具的实际闭合高度，mm。

对液压合模装置，注塑机模座最大间距Sk是个固定值，注塑机最大模座行程Smax 在ΔH范围内可调；对液压机械式合模装置，注塑机最大模座行程Smax是个定值，模座最大间距Sk在ΔH范围内可调。

开模取出制件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。开模行程的校核有三种情况：注塑机的最大开模行程与模具厚度无关；注塑机最大模行程与模具厚度有关 ；有侧向抽芯模具的开模行程校核。

本次设计的模具属于第一种情况，且为单分型面，所以应该用如下公式进行校核： Sk＞=Hm+H1+H2+5~10(mm) (2-8) 式中 Sk—注塑机最大开模行程，mm； H1—塑件脱模距离，mm；

H2—包括流道凝料在内的塑件高度，mm。

其中，Sk=315mm,Hm=210mm, H1=30.8mm,H2=34.3mm,所以有： 210+30.8+34.3+5~10=271.1+5~10＜315

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此外，注塑机的顶出杆直径及双推杆中心距以及最大顶出距离也应与模具相配，注塑机动模座推杆大小、位置与模具推出装置相适应，注塑机推出装置的推出距离D应大于或等于塑件推出距离H1。

综上所述，选择ET25/280-35Concept型卧式注塑机符合本次模具设计成型要求。

2.4 本章小结

本章主要是讲解了模具设计的前期工作：

1、列出了模具设计工作顺序表，主要分为7个步骤。

2、分析了解塑件产品的原料性能特征，为注塑机的选择和模具设计中零部件的设计做好准备。

3、讲解了注塑机的类型和型号，选择了适合本次模具设计成型的注塑机，并对注塑机的几项参数进行了准确校核，确认了注塑机型号的选择。

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第三章 注塑模具浇注系统的设计

浇注系统设计是注射模具设计中最重要也是最主要的问题。

注塑模具中的浇注系统是指由注射机喷嘴到型腔之间的塑料熔体的流动通道，由主流道、分流道、浇口及冷料穴等部分组成。其作用是将塑料熔体以平稳的流态均衡地充满到各个型腔，并在填充及凝固过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位[4]。它具有传质、保压和传热的功能，对塑件质量具有决定性的影响。它设计的合理与否，影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易程度。 浇注系统的设计原则： （1）要适应塑料的成型性能

（2）要能保证塑件的质量(避免常见的充填问题 ) （3）尽量减小和缩短浇注系统的截面和长度 （4）尽可能做到同步填充 （5）有利于型腔中气体的排出 （6）防止型芯的变形和嵌件的位移

浇注系统的工作原理是将塑料熔融体顺利的充满到模腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。因此要求充模过程快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除等特点。

3.1 浇口位置的选择及浇道的形式

如果错误地选择浇口体系的类型和位置，除了会引起加工问题，还会对塑料制品的质量产生一定的影响。浇口位置的选择将决定塑料制品以下性质：

·填充行为

·制品的最终尺寸（公差） ·收缩行为，翘曲

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·机械性能水平 ·表面质量（外观）

因此，他们必须选择正确的浇口体系以及浇点的数目和位置。如果设计者选择了错误的浇口，成型加工时几乎不可能从优化加工参数来矫正由此产生的后果。根据制品外形、模具结构形式、制品对表面质量的要求和熔融料流动行程的考虑，确定将浇口设在塑件侧面中部，如图3-1所示。浇道则以两段分流道将主流道内物料分别引入两个型腔[5]。

图3-1浇注系统视图

3.2 主流道及浇口套的设计

由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套。在卧式或立式注射机上使用的注射模中，主流道垂直于模具分型面。流道尽量直，尽量短，减少弯曲，光洁度在Ra=1.6-0.8μm之间。 考虑模具穴数，按模具型腔布局设计，尽量与模具中心线对称。主流道设计时，避免塑料直接冲击小型芯或小镶件，以免产生弯曲或折断。主流道先预留加工或修正余量，以便保证产品精度。

主流道是连接机台喷嘴至分流道入口处之间的一段通道，是塑料进入模具型腔时最先经过的地方。其尺寸大小与塑料流速和充模时间长短有密切关系。太大造成回收冷料过多，冷却时间增长，包藏空气增多，易造成气泡和组织松散，极易产生过流和冷却不足；流径太小，热量损失增大，流动性降低，注射压力增大，造成成型困难。一般情況下，主流道会制造成单独的浇口套，镶在母模板上。 主流道设计要点：

（1）为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出，需将主流道(浇口套內孔)设计成圆锥形,具有2°～6°的锥角，锥度须适当，太大造成压力减少，产生瀚流，易混进空

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气产生气孔，锥度过小会使流速增大，造成注射困难。内壁光洁度在Ra=1.6-0.8μm,小端直径常为4～8mm，注意小端直径应大于喷嘴直径约1mm，否则主流道中的凝料无法拔出。

（2）浇口套口径应比机台喷嘴孔径大1—2mm，以免积存残料，造成压力下降。本模具浇口套口径设计为3mm。

（3）一般在浇口套大端设置倒圆角(R=1—3mm)，以利于料流。

（4）主流道与机台喷嘴接触处，设计成半球形凹坑，深度常取3—5mm。特別注意浇口套半径比注嘴半径大1—2mm，一般取R=19—22mm之间，以防溢胶。本模具球半径设计为21mm。

（5）主流道尽量短，以减少冷料回收料，减少压力和热量损失。 （6）主流道尽量避免拼块结构，以防塑胶进入接缝，造成脱模困难。 （7）为避免主流道与高温塑胶和射嘴反复接触和碰撞造成损坏，一般浇口套选用优质钢材加工，并热处理。

（8）其固定形式有多种，可视不同模具结构来选择，一般会将其固定在模板上，以防生产中浇口套转动或被带出。

3.3 分流道的设计

分流道是主流道的连接部分，介于主流道和浇口之间，起分流和转向作用。分流道必须在压力损失最小的情況下，将熔融塑胶以较快速度送到浇口处充模，因在截面积相等的条件下，正方形之周长最长，圆形最短。面积如太小，会降低塑料流速，延长充模时间；如太大易积存过多气体，增加冷料，延长生产周期，降低生产效率。在多型腔的模具中分流道必不可少，而在单型腔的模具中，有时则可省去分流道。在分流道的设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积.

分流道型式有多种，它因塑胶和模具结构不同而异，常用型式有圆形，半圆形，矩形，梯形，U形，正六边形。 ●设计时的基本原则：

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（1）在条件允许下，分流道截面积尽量小，长度尽量短。

（2）分流道较长时，应在末端设置冷料穴，以容纳冷料和防止空气进入，而冷料穴上要设置拉料杆，以便于胶道脱模。

（3）在多型腔模具中，各分流道尽量保持相同，主流道截面积应大于各分流道截面积之和。

（4）其表面不要求过分光滑(Ra=1.6左右)，有利于保温。

（5）分流道较多时，应考虑加设分流锥，可避免熔融塑胶直接冲击型腔，也可避免塑料急转弯使塑胶平稳过渡。

（6）分流道一般采用平衡式方式分布，特殊情况可采用非平衡方式，要求各型腔同时均衡进胶，排列紧凑，流程短，以减少模具尺寸。

（7）流道设计时应先取较小尺寸，以便于试模后有修正余量。 ●分流道的截面形状：

常用的流道截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等。在流道设计中要减少在流道内压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，又希望流道的表面积小，因此可用流截面积与周长的比值来表示流道的效率。本模具采用的是圆形的分流道。 ●分流道的尺寸 ：

因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径。本模具分流道直径取4mm。

3.4 浇口的设计

浇口是分流道和型腔之间的连接部分，是模具浇注系统的最后一部分。它是浇注系统中截面最小的部分，当熔融的塑料在高压下通过浇口时，物料流速加快，由于剪切热使料温升高，同时黏度降低，使物料流动性提高，有利于充模，因此它也是浇注系统的关键部位。其作用是使塑料以较快的速度进入并充满型腔，并能很快冷却，封闭型腔，防止型腔内还未冷却的塑料熔体倒流[6]。设计时须考虑产品结构，壁厚大小，截面积尺寸，模具结构，成型条件及塑料性能等因素。而且浇口要设计得尽量短小，容易与产品分离，无明显痕迹。

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（1）浇口类型的选择 浇口有多种类型供选择。要考虑的因素包括：允许的浇口痕迹、浇口位置和注塑的原料类型。无论是非结晶、结晶还是热塑性弹性体, 不同的浇口类型都对特定原料有所限制[11]。了解浇口使用的最合适的原料可以帮助选择最佳的浇口。本设计考虑到分型面位置、制品结构、及壁厚最终确定采用侧浇口。 侧浇口在国外称为标准浇口，侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充满模具型腔，其截面形状多为矩形(扁槽)，改变浇口宽度与厚度可以调节熔体的剪切剪切速率及浇口的冻结时间。这类浇口可根据塑件的形状特征选择其位置，它广泛用于一模多腔的模具中，适用于成型各种形状的塑件。它有如下优点： a 侧浇口多为扁平状，可以大大缩短浇口的冷却时间，从而缩短成型周期。 b 易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观。 c 可根据塑件的形状特点灵活多样的选择浇口位置。

d 侧浇口截面积通常较小，熔料注入型腔前受到挤压和剪切再次加热，改善流动状况，便于成型，提高制品的表面光洁度，减少浇口附近的残余应力，避免变形、开裂及流动纹的出现。

e 浇口设在分型面上，而且截面形状简单，容易加工，并能随时调整浇口尺寸，较为方便的达到各型腔的浇口平衡，改善注射条件。 f 适用于一模多腔的模具，提高注射效率。

（2）浇口位置的选择 浇口的开设位置对塑制件的成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具的结构。要使塑件具有良好的性能与外表，就要认真考虑浇口位置的选择，需要考虑以下几项原则：

a 考虑分子取向的影响以避免制品翘曲变形。

b 浇口位置应选在型腔中塑料熔体流动距离最短处，以减少压力和能量损失。 c 浇口应开设在塑件壁厚最大处，保证充模顺利和完全。 d 尽量减少熔接痕，增加熔接牢度。 e 避免产生喷射和蠕动，影响产品质量。

f 浇口开设在尽量不影响产品外观和功能处，如制品的边缘或底部。

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g 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 （3）浇口尺寸设计

根据阻燃PA66易成型、流动性好等优点，可按如下经验公式计算浇口深度：

h=k?? （3-1） 其中阻燃PA66的材料系数k为0.8，制品平均厚度为2mm，经计算得浇口深度为1.6mm,取1.8mm。 浇口宽度公式:

??kA 30 （3-2）

其中A为凹模边型腔表面积（即塑件外表面积），约为3100mm2，计算得浇口宽度为1.49mm，取1.5 mm。

3.5 冷料井的设计

在完成一次注射循环的间隔，考虑到注塑机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体温度，从喷嘴端部到注塑机料筒以内约10—25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。这一区域内的塑料流动性能及成型性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会影响制品质量。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔产生的冷料的井穴成为冷料井。 主流道冷料井设计成带有推杆的冷料井，底部有一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，与推杆脱模机构相连。冷料井的孔设计成倒锥形，便于将主流道冷料拉出，当其被推出时，塑件和流道凝料能自动脱落，易于实现自动化操作。

3.6 本章小结

本章主要讲解了关于浇注系统的设计：

1、根据注塑机参数把浇口套球半径设为21mm，浇口套口径设计为3mm。 2、主流道根据流道设计原则和各种因素综合考虑设计为斜角为3度的圆锥型主流

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道。

3、从塑件产品的原料考虑，分流道设计为直径4mm的半圆形分流道。 4、浇口设计为不影响产品质量和成型的侧浇口，深度1.6mm，宽度1.5mm。

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第四章 塑料成型零部件的设计

4.1 模具主体框架的选择

由注塑机的拉杆内距，最大、最小模厚和模板行程以及上面设计的成型零件，浇注系统和顶出机构的形式，确定模具使用的框架规格为：250mm×200mm×210mm(长×宽×高)。这种基础零件选用价格便宜，加工容易的45#钢。根据制品的要求推出距离，和各模板尺寸确定框架中的垫块的高度为60mm，宽度和模具同宽。

4.2模具结构的选择

（1） 确定型腔数量及排列方式

根据制品的生产批量要求不是很大、制品参数要求和原料的性能并考虑到生产成本最终确定设计的模具为一模两腔的模具。并根据模具成型零件和脱模方式的设计确定型腔的排列方式，如下图4-1所示：

图4-1 型腔排列方式

（2）模具结构形式的确定

由于塑件为凯越轿车发动机系统塑料基座，其外观质量要求不高，且本制件的结构比较复杂，为避免型腔结构过于复杂，造成加工困难，所以需要组合式型腔成型。根据浇口形式为侧浇口的特点，同时考虑到模具成本，本设计采用简单而又常用的两板式注塑模具。此种模具结构示意如下图所示。其主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模后制件连同流道凝料一起留在动模一侧，再通过推出机构将制件顶出。

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4.3 分型面位置的确定

模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，也叫合模面。分型面设计是否得当，对制件质量、操作难易、模具结构复杂性都有很大的影响。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： 1、分型面应选在塑件外形的最大轮廓处。 2、分型面的选择应有利于顺利脱模。

3、分型面的选择应有利于保证塑件的精度要求，比如同心度、同轴度、平行度。 4、分型面的选择应满足塑件的外观质量要求。 5、分型面的选择要有利于模具成型零件的加工制造。 6、分型面的位置要有利于模具的排气。 7、尽量减少塑件在分型面上的投影面积。

8、分型面的选择要有利于简化模具结构。尽可能的避免侧向分型或者抽芯；尽量地把侧向分型抽芯机构留在动模一侧；塑件不止有一个抽芯的时候，在选择分型面时要使较大的型芯与开模方向一致。

综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。鉴于本模具，我选择的分型面为下图所示的A-A

面。

图4-2 分型面选择示意图

从A-A面分型，当开模时，动定模沿分型面分开，制件由于收缩而包裹在型芯上，依靠注塑机的顶出装置和模具的脱模机构推出塑件【7】。

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4.4 模腔结构零件设计

模腔结构零件主要包括凹模、凸模、型芯等。成型零件的大部分表面将直接与塑料熔体接触，其形状往往较为复杂，尺寸精度与表面光洁度要求也较高。因此，在设计时应十分注意加工工艺。

凹模是用于成型塑件外表面的部分，是在定模板上采用局部镶嵌结构组合而成，与8根不完全相同型芯配合。

凸模是用于成型塑件内表面的部分，采用复杂型芯组合式，由9根不完全相同的型芯配合组成。

4.5 型腔厚度的计算

1、成型零件材料的选择

塑料熔体在型腔中流动或制件脱模时与成型零件摩擦造成成型零件的磨损。另外本制品对表观质量要求并不高。综合考虑，选择T8A作为型腔、型芯的材料，并经淬火处理(HRC50—55)，其许用强度?s为180MPa。 2、强度、刚度条件依据

（1）强度条件依据 模具在使用过程中不允许成型零部件发生屈服形变，因此需乘以安全系数ns=1.5即：

[ζ] = ζs/ns = 120MPa (4-1)

（2）刚度条件依据 由于模具的特殊性，成型零件刚度计算条件可从以下三方面考虑，取其最苛刻者为最终条件。

a、从型腔不发生溢料角度出发：非整体式型腔中某些配合面，在高压塑料熔体注入时可能发生变形，为避免溢料，容许形变量小于0.025～0.04。

b、从保证塑件尺寸精度角度出发：型腔壁厚的许用变形量应为塑件尺寸及其公差的函数。而模具的尺寸精度又跟塑件精度有对应关系。可直接由下面的尺寸w的关系式来计算许用变形量。

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????25?0.35w15?0.001w (4-2)

?c、从保证制件顺利脱模角度出发：在脱模时由于塑件收缩产生的包紧力而难以脱出。因此许用变形量应小于制件壁厚的收缩。以此式计算????t?。经过计算并进行比较得允许形变量???为0.02。

3、型腔厚度及支承板厚度计算

在注射成型过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用，因此模具型腔应该有足够的强度。型腔强度不足将发生塑性变形，甚至破裂；型腔刚度不足将产生过大的弹性形变，导致型腔向外膨胀，并产生溢料。所以，一般对型腔厚度分别做强度和刚度计算，取计算所得数值的最大值作为厚度设计依据。

（1） 按刚度条件计算

S?l13（2）按强度条件计算

S?l13pl1h （4-3）

32Eh1???ph （4-4）

2h1???其中 S——矩形型腔侧壁厚度，mm；

l1——型腔边长，mm；

p——型腔内单位平均压力，MPa； h——型腔深度，mm；

E——型腔材料弹性模量；MPa； h1——型腔侧壁总高，mm；

???——型腔许用变形量，mm。

4.6 模具成型零件的尺寸计算

模具的成型尺寸是指模具上直接用来成型制件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的

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第六章 脱模系统的设计

注塑制品都要通过相应的模具来进行成型加工, 一件注塑制品经过成型、固化后, 从模具模腔或模芯中取出俗称脱模。由于成型收缩等原因, 塑件往往包紧在型芯上或者陷在模腔内等, 开模后不能自动地脱出模具, 因此, 模具中必须有能够实现取出塑件功能的机构, 这样的机构称为脱模机构。

在塑料成型的每一个循环过程中，塑件必须由模具型腔中脱出，脱出塑件的机构成为脱模机构，或推出机构。它是整套模具结构中的重要组成部分，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品脱模机构的设计是不可忽视的，脱模机构有以下设计原则：脱模机构设计时须遵循以下原则：

（1） 因为塑料收缩时抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模； （2） 顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强条、凸缘、厚壁等处，作用面积也尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏；

（3） 为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对 塑件外观影响不大的部位；

（4） 若顶出部位需设在塑件使用或装配的基面上时，为不影响塑 件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.05∽0.1mm；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。

6.1 影响脱模不良的因素

脱模不良是注塑制品质量缺陷和影响生产效率的重要原因之一。模具中的脱模机构设计是否合理,直接影响到制品的表面质量和物理性能。如果脱模不能顺利进行, 即使制品设计和成型得再好, 在脱模顶出时也会出现翘曲变形和顶白甚至顶穿等缺陷, 同时它也可造成制件扭曲变形及撕裂等缺陷, 有的甚至损伤模具, 给正常生产带来麻烦。研究影响注塑制品脱模的不利因素, 对保证制品质量, 防止缺陷和废品,提高生产效率具有重要意义

注塑制品脱模不良主要是指制品顶出时, 不能够顺利脱落, 这是由许多影响因素所导致的, 其中主要影响因素包括: 注塑制品结构设计、模具设计与制造、塑件与

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型芯的包紧力、脱模方式的选择、模具保养等。这些影响因素的相互关系复杂, 影响程度与表现形式也各不相同。 6.1.1 注塑制品结构设计对脱模的影响

注塑制品设计直接影响制品的脱模性能, 因此,塑件设计应满足制品易于脱模的要求。塑件设计中,影响脱模的主要因素是脱模斜度。塑料冷却后产生收缩, 会紧紧包在凸模或成型型芯上或由于黏附作用,塑件紧贴在凹模型腔内。设置脱模斜度, 是为了减少塑料在冷却固化时因收缩而引起的脱模阻力, 也是为了避免在脱模时, 因无脱模斜度造成塑件扭曲或者变形。脱模斜度因塑料的种类及塑件的形状而异。一般对于收缩率小的塑料(ABS、PS 等) , 脱模斜度取1°～2°；对于收缩率大的塑件(如PA 等) , 取0.5°～1°。但是, 高度在25 mm 以内的部位没有脱模斜度也能脱模【8】。 6.1.2 模具设计对脱模的影响

模具是成型注塑制品的主要装备。模具设计就是依据塑件的材料、形状、特性和使用要求等, 设计出一定结构的模具。模具结构直接关系到塑件的质量、生产效率、模具加工难易程度和使用寿命等。因此, 模具结构设计是相当重要的。为了保证注塑制品有正确的几何形状和一定的尺寸精度, 模具结构设计应遵循以下几项原则： (1) 掌握和了解注塑制品所用材料的硬度、收缩率以及使用要求等； (2) 保证制件的形状、轮廓的尺寸；

(3) 模具结构要简单、合理, 定位要可靠, 安装拆卸方便, 便于操作； (4) 模具型腔数量适当, 便于机械加工和模具使用, 并应兼顾生产效率； (5) 模具应有足够的强度和刚度, 力求外形小、质量轻、便于加工、符合生产工艺；

(6) 模具型腔应便于装料和取出制品；

(7) 模具应有一定的精度、光洁度以及合理的分型面, 容易修边； (8) 模具设计应符合系列化、标准化, 力求通用性好。

从模具设计的要求可知, 模具方面影响制件脱模的因素主要有脱模斜度和脱模机构等。其中, 脱模机构直接影响顶出效果, 脱模顶杆一般安装在模具的中心位置,

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且脱模顶杆截面积不应太小, 以防单位面积受力过大, 容易使薄制品顶破。脱模机构设计应遵循以下原则:

（1) 顶出机构的运动准确、可靠、灵活, 制造方便, 配换容易, 并有足够的刚度、强度来克服脱模阻力。

（2) 保证塑件不变形或不损伤, 这是顶出机构应当达到的基本要求。要做到这一点, 首先必须正确地分析塑件对模腔或型芯的黏附力的大小及其所在部位, 以便有针对地选择合适的脱模装置, 使脱模力得以均匀合理的分布。

由于塑料收缩时包紧型芯, 因此顶出力作用点应尽量靠近型芯, 同时顶出力应施于塑件刚性和强度最大的部位, 如凸缘、加强筋等处, 作用面积也应尽可能大一些, 否则会在推顶处产生应力发白, 甚至顶穿塑件, 造成破损。

（3) 选择顶出位置时, 力求保证良好的塑件外观。顶出位置应尽量设计在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位, 以免损坏塑件外观。要保证塑件在脱模过程中不变形、不擦伤。在采用顶杆脱模时, 尤其要注意这个问题。另外, 与塑件直接接触的脱模零件

的配合间隙要保证不溢料, 以避免在塑件上留下飞边痕迹。

（4) 尽量使塑件留在动模一侧, 以便借助于开模力驱动脱模装置, 完成脱模动作, 可使模具结构简单。若塑件的结构形状不便于塑件留在动模, 应考虑对塑件的形状进行修改或在模具结构上采取强制留模措施, 实在不易处理时才考虑在定模上设置较为复杂的脱模机构。

当注塑制品的结构很复杂时, 应考虑在常规脱模结构的基础上加以改进。 6.1.3 塑件与型芯的包紧力对脱模的影响

塑件在型芯上的包紧力, 多由塑件收缩引起,它与塑料的性能、塑件的几何形状、模具温度、冷却时间、脱模斜度以及型腔表面粗糙度等有关。一般来说, 收缩率大、壁厚、弹性模量大、型芯形状复杂、脱模斜度小以及成型表面粗糙时, 脱模阻力就大; 反之则小。

计算脱模力时应考虑以下方面:

①由收缩包紧力造成的制品与型芯的摩擦阻力, 该值应由试验确定； ②由大气压力造成的阻力；

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③由塑件的黏附力造成的脱模阻力； ④推出机构运动的摩擦阻力。

上述各项脱模阻力中, ①和②两项起决定作用,③和④两项可用修正系数的形式包括在脱模力计算公式之中【9】。 6.1.4 脱模方式的选择对脱模的影响

由于塑件的形状和尺寸千变万化, 脱模机构也具有各种各样的类型。其设计是一项既复杂又灵活的工作, 只有不断地积累实践经验, 熟悉和掌握制品的脱模方法, 才能获得良好的脱模效果。以下是常用的几种脱模方法(按顶出元件来分类) :

(1) 顶杆顶出脱模机构: 顶杆的形式很多, 最常用的是圆形截面顶杆。当塑件各处脱模阻力相同时, 顶杆应均衡布置, 使塑件脱模时受力均匀, 以防止变形。顶杆不宜设在塑件壁薄处, 若结构需要顶在薄壁处时, 可增大顶出面积以改善塑件受力状况。对包紧力大的部位适当增加顶杆数量, 这是消除“顶白”的关键。

(2) 顶管顶出脱模机构: 适用于薄壁深腔圆筒形或者局部为圆筒形的塑件。因为顶管以环形周边接触塑件, 故推顶塑件的力量均匀, 塑件在脱模过程中不易变形, 也不会留下明显的顶出痕迹。

(3) 推件板顶出脱模机构: 适用于薄壁容器、壳体以及表面不允许带有顶出痕迹的注塑制品。对于大型深腔薄壁或软质塑料容器, 采用推件板脱模时,塑件内部易形成真空, 使脱模困难, 甚至还会使塑件变形或损坏, 因此应在凸模上附设引气装置。

(4) 推块顶出脱模机构: 适用于齿轮类或一些带有凸缘的制品, 可防止制品变形、黏附模具。

(5) 利用成型零件顶出制品的脱模机构: 某些塑件因结构和材料等关系(如螺纹一类的制品) , 不宜采用上述脱模机构, 则可利用成型镶件、螺纹型环或型腔带出塑件, 使之脱模。

(6) 多元件顶出脱模机构: 对于深腔壳体、薄壁制品以及带有局部环状凸起、凸肋或金属嵌件的复杂制品, 在脱模时, 常采用两种或两种以上的顶出元件联合作用, 实现制品脱模, 以防止制品顶出时受到损伤。

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6.1.5 模具保养对脱模的影响

一副结构合理的模具, 为了延长其使用寿命, 保证产品质量, 除了使用时谨慎小心外, 还应重视模具的保养。模具使用完毕后, 必须进行以下几项内容的检查:

(1) 模具有无变形, 特别是模腔。

(2) 配合部位有无松动和拉毛。模具松动和拉毛会有间隙和痕迹, 融料挤入后, 产生脱模困难, 甚至把产品撕裂。

(3) 定位是否可靠。如果模具模腔是由多块模板拼合而成, 若定位不准便会使模具产生间隙或变形。

(4) 模腔表面是否光滑, 积垢情况如何。模腔生锈或积垢后, 脱模过程中会产生较大的摩擦阻力,不利于制件脱模且影响制件外观质量。

如果存在上述问题, 模具应进行修理、清洗、防锈等保养。

6.2 脱模机构的选择

根据以上对脱模机构的各方面的了解和阐述，推杆的推出位置应该设在脱模阻力大的地方，推杆不宜设在塑件最薄的地方，以免塑件变形或损坏，当结构需要推在薄壁处时，可增大推出面积来改善塑件受力情况。本设计塑件是圆筒状，且壁薄，并且在上端有很多通孔，如果使用传统的推杆推出很可能造成塑件的变形或损坏，且不宜使用推件板推出，所以改用异形推杆即推件盘推出，增大受力面积，推出更方便快捷有效。由于本设计中推件盘采用上端大，下端小的异形推杆，所以在其固定上只能采取螺钉固定的方式。

6.3 推杆的强度校核

因推杆为细长杆件，所以必须校核其发生稳定性破坏的失效形式。由材料T8A已知弹性模量E，许用压缩应力???，稳定裕度?。另由推杆小端截面直径d则，推杆截面中心惯矩中的最小值可由下式计算：

J???d432?0.012cm4 （6-1）

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模具的推杆可以看成一端约束，一端为铰支的形式，可确定稳定系数?。所以临界载荷和临界应力分别由以下两式计算：

E?J （6-2） L2Fo?? （6-3）

d2?()2 Fo??

对于推件盘，同样利用以上三个公式,计算进行校核，在许用压缩应力之内,确定推件盘直径。

6.4 本章小结

本章主要讲解的是模具设计中脱模机构的有关内容。脱模机构的好坏直接影响塑件产品的质量，是模具设计成功与否的关键部位。本章介绍了影响模具脱模的5个重要因素。

脱模机构的设计也是本次模具设计的一个特点，由于塑件在型芯上的包覆力大，接触面广，而且璧薄，顶部有许多通孔的特点，造成传统推杆和推件板脱模困难，因此，选择一个正确的脱模方式成为本次设计的难点。鉴于以上原因，本设计脱模机构选择了推件盘脱模即异形推杆，不仅很好的解决了脱出塑件难的问题，而且在加工工艺和成本方面都有突出的优点。

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第七章 冷却系统设计

7.1 模具温度对塑件的影响

影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速，冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料，熔体温度，塑件要求的顶出温度和模具温度、塑件和模具间的热循环交互作用等。

模具温度对成型过程和塑件产品的影响： 1、低的模具温度可降低塑件的成型收缩率。

2、模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快可以减小塑件的翘曲变形。 3、对于结晶性聚合物，提高模具温度可使塑件尺寸稳定，避免后结晶现象，但是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。

4、随着结晶型聚合物的结晶度的提高，塑料的耐应力开裂性降低，因此降低模具温度是有利的。但对于高粘度的无定型聚合物，由于其耐力开裂性与塑件的内应力直接相关，因此提高模具温度和充模速度，减少补料时间有利的。 5、提高模具温度可以改善塑件的表面质量[10]。

7.2 模具温度的确定

注射成型工艺过程中，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑周期和塑件质量。而模具温度的高低取决于塑料结晶性、塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力和模塑周期等。

对于无定型聚合物，其熔体在注入模腔后随着温度的降低而固化，但并不发生相的转变，模温主要影响熔体的粘度，即充模速率。因此，对于熔融粘度较低和中等的无定型塑料如聚苯乙烯、醋酸纤维素等，采用较低的模具温度可以缩短冷却时间。对于熔融粘度高的塑料如聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜等，则必须采取较高的模具温度以避免产生冷流痕、注不满等缺陷，同时由于其软化温度较高，提高模具温度可以调整塑件的冷却速率，使之均匀一致，以防止塑件因温度差过大而产生凹痕、内应力和裂纹

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等问题。

结晶性聚合物在注入模腔后，当温度降低到熔点以下即开始结晶，结晶的速率受冷却速率并最终由模具温度控制。高的模具温度将导致大的结晶速率，有利于分子的松驰过程，因此尺寸稳定但是塑件发脆，适用于结晶速率很小的塑料如聚对苯二甲酸乙二酯。低的模具温度将导致塑件中的分子结晶度的降低，对于玻璃化温度低于室温的塑料如聚烯烃类将出现后结晶现象，从而引起尺寸和力学性能的变化。

7.3 冷却系统设计的原则

设计冷却系统需要考虑模具的结构、塑件的尺寸和壁厚、镶块的位置、熔接痕的产生位置等。

冷却系统设计过程中应该遵循的原则：

1、塑件厚度均匀，冷却通道至型腔表面的距离相等，亦即冷却通道的排列与型腔的形状相吻合，塑件壁厚处冷却通道应靠近型腔，间距要小以加强冷却。一般冷却通道与型腔表面的距离大于10mm，为冷却通道直径的1～2倍。

2、在模具结构允许的前提下，冷却通道的孔径尽量大，冷却回路的数量尽量多，以保证冷却均匀。

3、为防止漏水，镶块与镶块的拼接处不应设置冷却通道，并注意水道穿过型芯、型腔与模板接缝处时的密封以及水管与水嘴连接处的密封，同时水管接头部位设置在不影响操作的方向，通常在注射机的北面。

4、浇口处应加强冷却。由于浇口附近温度最高，通常可使冷却水先流经浇口附近，再流向浇口远端。

5、降低入水与出水的温度差，避免模具表面冷却不均匀。

6、冷却通道要避免接近塑件熔接痕的生产位置，以免降低塑件的强度。 7、冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应避免过大的压力降。冷却通道直径的选择要易于加工清理，一般为φ8～φ12mm[10]。

7.4 冷却系统热量的计算

已知阻燃PA66-G15（蓝色）塑料的密度ρ，Qs。

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现有公式可得：

Q=N·G·Qs （7-1）

式中，Qs—塑料熔体的单位热流量

N—每小时的注射次数

G—制品包括浇注系统在内的质量（Kg）

7.5 冷却时间的确定

在注射过程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间。这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具有一定的强度和刚度为准，这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的80%。因为我们所需要的塑件比较薄，固用此公式：

s24Ts?Tm（7-2） t?2ln[?]????Te?Tm

式中，?—塑料热扩散系数（m2/s）；

S—制品壁厚（mm）；

7.6 冷却系统尺寸的计算

由上一节的计算得塑件的粗约冷却时间t2；该制件开模是靠顶出装置顶出，由注塑机的参数可得开模时间t3，注射时间t1。

注射周期t?t1?t2?t3 每次注射所需的塑料质量m 每小时注射次数为：n?3600（次） t单位时间的注射量：w?m?n

用20℃的水作为冷却介质，设定其出口温度为24℃，那么模具冷却时所需冷却介质的体积流量（忽略模具因空气对流、热辐射以及与注塑机接触所散发的热量）：

WQ1qv? （7-3）

pC1??1??2?式中：qv——冷却介质的体积流量，m3/min；

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W——单位时间里的注射量，Kg；

Q1——塑料的单位热流量；

p——冷却介质的密度；

C1——冷却介质的比热容；

?1,?2——出水口的水温和进水口的水温，℃ 本模具冷却水道尺寸选择8mm。

7.7 本章小结

本章主要讲解了模具中冷却系统的设计。

冷却系统关系着模具生产的质量和效率。冷却过快，影响塑件的成型，冷却过慢，影响生产效率。因此，冷却系统的正确设计也是模具设计的关键。本章从模温对塑件的影响，生产时模温的选择开始分析，然后对冷却系统热量的计算，时间的计算，冷却水道尺寸的计算进行分析，最后确认冷却系统的设计。

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