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目 錄
目 錄 1
摘 要 I
第一章 緒 論 1
1.1課題背景 1
1.2設計的目的及意義 2
1.3設計簡介 2
第二章 塑件成型工藝性分析 3
2.1 聚氯乙烯的基本性能與成型特點 3
2.2 注塑工藝條件 3
2.3塑件結構分析 4
2.4塑件的精度分析 5
2.5塑件表面粗糙度分析 6
2.6注塑機的選擇 6
第三章 分型面的選擇和澆注系統(tǒng)的設計 7
3.1型腔的分布 7
3.2分型面的選擇 7
3.3澆注系統(tǒng)設計 8
3.4排氣系統(tǒng)的設計 12
第四章 成型零件的設計及尺寸計算 13
4.1成型零件的結構設計 13
4.2成型零件工作尺寸的計算 14
第五章 推出機構的設計 16
5.1推出力的計算 16
5.2推出機構的選擇及位置的確定 16
5.3推出機構的導向與復位 18
6.1模架和標準件的選用 20
6.2支成零部件的設計 22
6.3合模導向機構的設計 22
第七章 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 25
7.1冷卻回路尺寸的確定和布置 25
7.2模具加熱系統(tǒng)的設計 28
第八章 主要參數(shù)的校核 29
8.1注射壓力的校核 29
8.2鎖模力的校核 29
8.3注射量的校核 30
8.4 模具安裝部分的校核 30
8.5模具開模行程的校核 30
第九章 模具的試模與修模 32
結 論 34
致 謝 35
參考文獻 36
摘 要
本課題主要是設計塑件注塑模設計，通過對塑件的工藝性以及產品的外形進行分析，并利用相關軟件繪制裝配圖和注塑模具型芯、型腔及重要零部件零件圖。本說明書以圖文結合的形式，對澆注系統(tǒng)、分型面、模具成型部分的結構、推出機構、冷卻系統(tǒng)都有了較詳細的論述。最后對有關參數(shù)的校核也有詳細的計算。
關鍵字：澆注系統(tǒng)，推出機構，型芯，型腔。
II
第一章 緒 論
1.1課題背景
近年來，塑料模具的產量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或柱塞的比強度高推動下，經過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內，塑料在其中固化成型。
塑料制件之所以能夠在工業(yè)中得到廣泛的應用，是由于它們本身具有一系列特殊優(yōu)點所決定的。塑料的密度小、質量輕，塑料的比強度高，按單位質量計算的強度稱為比強度。由于塑料的密度小，所以其比強度高。塑料的絕緣性能好，介電損耗低。由于塑料內部一般都沒有自由電子和原子，所有大多數(shù)塑料都有良好的介電性能以及很低的介電損耗，所以，塑料是現(xiàn)代電工行業(yè)和電器行業(yè)中不可缺少的原材料。塑料的化學性能穩(wěn)定，對酸、堿和許多化學藥品都具有良好的耐腐蝕性能，其中以聚四氟乙烯的耐化學腐蝕能力最強，化學穩(wěn)定性最高。即使是“王水”也不能將其腐蝕，因此有“塑料王”之稱。由于塑料的減摩耐磨損性能好，所以現(xiàn)代工業(yè)中開始采用工程塑料制造。此外塑料的減振和隔音性能好，許多塑料甚至都有透光性能和絕緣性能以及防水、防透氣和防輻射的特殊性能，因此，塑料已經成為各行各業(yè)不可缺少的一種重要的材料。
塑料工業(yè)是新興工業(yè)，是隨著石油工業(yè)應運而生的，目前塑料制件幾乎已經進入到一切工業(yè)部門以及日常生活的各個部門的各個領域。塑料工業(yè)優(yōu)勢一個飛速發(fā)展的工業(yè)領域。塑料工業(yè)從20世紀30年代前后開始研制到現(xiàn)在的塑料產品系列化、生產工藝現(xiàn)代化、生產工業(yè)現(xiàn)代化、連續(xù)化以及不斷開拓功能塑料新領域，它經歷了初創(chuàng)階段——發(fā)展階段——飛躍階段——穩(wěn)定增長階段等這樣幾個階段。作一種新的工程材料，其不斷被開發(fā)應用，加之成型工藝的不斷成熟、完善與發(fā)展極大地促進了塑料方法的研究與應用以及塑料成型機模具設計的開發(fā)與制造。隨著工業(yè)塑料制件和塑料品種和需求量不斷增加，這些產品的更新?lián)Q代的周期越來越短，因此對塑料的品種、產量和質量都提出來了越來越多的要求。
? 結合塑料劃時代的需要以及在人類生活中方方面面的滲透，本次課程設計根據(jù)塑料在生活中的應用并通過自身在塑料方面學習到的一些比較淺薄的知識來設計出應用在生活中比較常見的塑料制件，從而達到對塑料的一個方方面面的認識以及達到一個只是輸出的過程。本次課程設計主要任務是塑件注塑模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產塑件制件，以實現(xiàn)自動化提高產量。同時，在設計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準等，結合教材上的知識也對注塑模具的組成結構（成型零部件、澆注系統(tǒng)、推出機構、模溫調節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設計積累了一定的經驗。然而，畢竟知識有限，我們只能從：塑料成型性能——注塑模具——塑料產品化，這樣比較簡單的設計過程來達到模具設計以及產品輸出這樣比較理論化的過程。
本次課程設計的主要任務是塑件注塑模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產塑件制件，以實現(xiàn)自動化提高產量。同時，在設計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準等，結合教材上的知識也對注塑模具的組成結構（成型零部件、澆注系統(tǒng)、推出機構、模溫調節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設計積累了一定的經驗。
1.2設計的目的及意義
以此作為課題來進行研究具有十分深遠的意義，符合當今時代背景又與所學專業(yè)對口。在研究過程中，查閱相關資料可以對我國現(xiàn)有的注塑模水平有個較為深入地了解，而且在設計中可以對現(xiàn)有的方案進行對比和改進，不斷創(chuàng)新，在為今后而工作崗位上先操作起來。
1.3設計簡介
在設計之前分析制件的結構以及材料的性質，并填寫成型工藝卡。選擇注射機型號及確定注射機的技術規(guī)范，設計計算模具結構；模具總體方案擬擬定及說明、結構特點；模架結構、推出脫模機構及復位機構、澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、熱抽芯系統(tǒng)設計方案、參數(shù)計算等；關鍵零件設計及強度校核。并完成說明書，在說明書上要列出各項參數(shù)的計算過程及依據(jù)和計算結果。并在設計完要對設計好的模具進行說明，指出哪些地方還不夠完善，進一步進行改進。
第二章 塑件成型工藝性分析
2.1 聚氯乙烯的基本性能與成型特點
聚氯乙烯為白色蠟狀固體，是一種高結晶度材料，是常用塑料中最輕的，密度僅為1.15g/cm3—1.2g/cm3。由于聚氯乙烯不僅化學性能穩(wěn)定，其他滲透性低，吸水性小，介電性能高，而且還具有無毒，無味，原料易得，價格低廉，加工容易等優(yōu)點，被廣泛用于電氣，化學，食品，機械制造，以及農業(yè)，醫(yī)藥衛(wèi)生，家庭日用等各個方面。
1）基本特性 聚氯乙烯熔點為164℃—170℃，耐熱性好，能在100℃以上的溫度下進行消毒滅菌，其最高使用溫度可達到150℃，最低使用溫度為-15℃，低于-35℃時會脆裂。因為不吸水，所以聚氯乙烯的絕緣性能不受濕度的影響。但在氧、熱、光的作用下極易降解、老化，所以必須加入防老化劑。
2）成型特點 聚氯乙烯成型收縮范圍大，容易發(fā)生縮孔、凹痕及變形；聚氯乙烯熱容量大，注射成型模具必須設計能充分進行冷卻的冷卻回路；聚氯乙烯成型的適宜模具溫度為20℃—60℃。
2.2 注塑工藝條件
1、 干燥處理 如果儲存適當則不需要干燥處理
2、 染色與裝飾 PVC染色性較差，色粉在塑料中擴散不夠均勻，大塑件尤為明顯。PVC塑件表面若需噴油移印等裝飾，須先用PVC底漆擦拭。
3、 熔化溫度 因PVC高結晶，所以加工溫度需要較高。前料筒200℃—240℃，中料筒170℃—200℃，后料筒160℃—190℃，注意不要超過275.實際上為減少飛邊、收縮等缺陷往往取偏下限料溫。
4、 模具溫度 20℃—60℃，建議使用50℃左右。結晶程度主要由模具溫度決定。模具溫度太低，塑件表面光澤差，甚至無光澤；模具溫度太高，則容易發(fā)生翹曲變形、收縮凹陷等。
5、 注射壓力 PVC成型收縮率大，尺寸不穩(wěn)定，塑件容易變形收縮，可采用提高注射壓力及注射速度、減少層間剪切力使成型收縮率降低，但PVC流動性好，注射壓力大時容易出現(xiàn)飛邊，且有方向性強的缺陷，注射壓力一般為70MPa—140MPa（壓力太小會收縮明顯），保壓壓力取注射壓力的80%左右，宜取較長的保壓時間補縮及較長的冷卻時間保證塑件尺寸、變形程度。
6、 注射速度 PVC冷卻速度快，宜快速注射，適當加深排氣槽來改善排氣不良。如果塑件表面出現(xiàn)凹陷，也可以使用較高溫度下的低速注射。應注意的是，高結晶的PVC高分子在熔點附近，其容積會發(fā)生很大變化，冷卻時收縮及結晶化導致塑件內部產生氣泡甚至局部空心（這樣會影響制件機械強度），所以調節(jié)注射工藝參數(shù)要有利于補縮。
2.3塑件結構分析
1、 塑件表面上平整光滑，無翹曲、折皺、裂紋等缺陷，沒有尖利或薄弱結構；
2、 塑件簡單，容易加工；
3、 分型面容易；
4、 壁厚均一；
5、 有圓角過渡，有較好的剛度和強度。
塑件平面圖如圖2-1所示：
a)
圖2-1塑件平面圖
塑件立體圖如圖2-2所示：
圖2-2塑件立體圖
由Pro/E建模分析得塑件質量屬性如圖2-3所示：
圖2-3塑件質量屬性
塑件體積為19.0cm3，質量為19.9g。
2.4塑件的精度分析
該塑件尺寸精度的影響因素很多，首先是模具的制造精度和模具的磨損程度，其次是塑料收縮率的波動以及成型時工藝條件的變化，塑件成型后的時效變化和模具的結構形狀等。在本設計中根據(jù)《模塑塑料件尺寸公差》（GB/T 14486—2008）可查得：本設計中PVC塑件選用的精度等級一般為MT5級，塑件表面要求光滑無痕跡，因此選用高精度等級MT4，塑件內表面精度要求不高，選用一般精度即可。故塑件外表面精度等級為MT4級，內表面為MT5級。
2.5塑件表面粗糙度分析
塑件表面粗糙度主要與模具型腔表面的粗糙度有關。一般來說，模具表面的粗糙度值要比塑件低1—2級。塑件的表面粗糙度Ra一般為0.8μm—0.2μm。模具在使用過程中，由于型腔磨損而使表面粗糙度增大，所以應隨時拋光復原。透明塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同。
2.6注塑機的選擇
根據(jù)Pro/E的計算結果，得=19.0cm3。根據(jù)設計要求為一模4腔，所以有下面的公式算出塑料的總體積。
（式2-1）
(式2-2）
得98.8cm3，所以123.5cm3。根據(jù)以上計算，初步選擇理論注射量為304cm3，注塑機型號為XS-ZY-125，其主要參數(shù)見表2-1。
表2-1 注塑機參數(shù)
理論注塑量/cm3
104
最大模具厚度/mm
300
螺桿直徑/mm
30
最小模具厚度/mm
200
鎖模力/KN
900
噴嘴球半徑/mm
12
注射壓力/MPa
150
定位孔直徑/mm
100
噴嘴口直徑/mm
4
注射行程/mm
160
移模行程/mm
300
塑化能力/(g/s)
16.8
第三章 分型面的選擇和澆注系統(tǒng)的設計
3.1型腔的分布
根據(jù)設計要求為一模4腔且為矩形分布，制件在模具中的位置如圖3-1所示：
圖3-1型腔的分布
3.2分型面的選擇
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件結構工藝性及尺寸精度，嵌件位置、塑件的推出、排氣等多種因素的影響，因此在選擇分型面的時應綜合考慮分析比較以選出較為合理的方案。選擇分型面時，應遵循以下幾項基本原則：
1、 為了方便脫模，分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
2、 有利于保證尺寸精度；
3、 保證塑件外觀質量，減少飛邊的產生；
4、 有利于排氣；
5、 保證開模時產品在動模一側；
6、 有利于加工；
7、 保證嵌件安裝方便，定位可靠；
8、 盡量減少由于脫模斜度造成塑件的大小端尺寸差異；
根據(jù)制件在模具中的位置，在此次選擇分型面的階段，考慮到方便制品的脫模、保證塑件外觀質量、有利于排氣、保證開模時產品在動模一側等這些因素，如圖3-1所示，上下模塊制件的平面為該制品在模具中的分型面的位置。
圖3-2分型面的位置
3.3澆注系統(tǒng)設計
澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道的始端到型腔之間的熔體進料通道，它的作用是將塑料熔體順利的充滿型腔的各個部位。具有傳質、傳壓和傳熱的功能，正確設計澆注系統(tǒng)是獲得優(yōu)質的塑件極為重要。注射成型的基本要求是在合適的溫度和壓力下使足量的塑料熔體盡快充滿型腔，影響順利充模的關鍵之一就是澆注系統(tǒng)的設計。因此在設計時一般遵循以下基本原則：
1、 必須了解塑料的工藝特性。每一種塑料都有其所適應的溫度及速率，設計澆注系統(tǒng)時應首先了解它們的這些工藝特性，以便考慮澆注系統(tǒng)尺寸對熔體流動的影響。一般情況下澆注系統(tǒng)均不宜太長和太短。
2、 排氣良好。澆注系統(tǒng)應能順利地引導熔體充滿型腔，料流快而有條不紊，并能把型腔內的氣體順利排出。
3、 防止型芯和塑件變形。高速熔融塑料進入型腔時，要盡量避免料流直接沖擊型芯或嵌件，否則會使注射壓力消耗大或使型芯或嵌件變形。對于大型塑件或精度要求較高的塑件，可考慮多點進澆，以防止?jié)部谔幱捎谑湛s應力過大而造成塑件變形。
4、 減少熔體流程及塑料消耗量。在滿足成型和排氣良好的前提下，塑料熔體應以最短的流程充滿型腔，這樣可縮短成型周期，提高成型效率，減少塑料用量。
5、 要求熱量和壓力損失最小。熔融塑料通過澆注系統(tǒng)時，要求其熱量及壓力損失最小，防止溫度和壓力降低過多而引起填充不滿等缺陷。因此澆注系統(tǒng)應盡量減少轉彎，采用較小的表面粗糙度值，在保證成型質量的前提下，盡量縮短流程，合理選用流道斷面形狀和尺寸等，以保證最終的壓力和傳遞。
3.3.1主流道的設計
主流道是指緊接注射機噴嘴出口起到分流道入口止的一段流道，熔融塑料進入模具時首先經過它。它與注射機噴嘴在同一軸線上，物料在主流道中不改變流動方向，主流道形狀一般為圓錐形或圓柱形。在設計主流道時通常要注意一下事項：
1、 流道工作時，與熱的注射機噴嘴接觸，受到聚合物熔體的高溫與高壓的作用，故容易磨損，所以主流道一般單獨設計成可拆卸更換的澆口套，即主流道襯套，如圖所示。常采用碳素工具鋼材料制造，熱處理淬火硬度為53—57HRC。
2、 為便于主流道凝料順利拔出和聚合物熔體的順利填充，主流道通常設計成圓錐形，錐角為—，流動性較差的材料該角度應該大一些，但不超過。其表面粗糙度為Ra0.4㎜。
3、 主流道尺寸直接影響聚合物熔體的填充速度，進而可能影響到制件的質量。主流道與噴嘴處一般做成凹球形。主流道凹球面與注射機噴嘴凸球面應嚴密貼合。為了便于主流道凝料的取出，主流道凹球半徑與噴嘴半徑大1—2㎜，主流道小端直徑也應比噴嘴直徑大0.5—1㎜。
4、 主流道長度通常由定模底板的厚度來決定，應盡可能短，盡量不采用分級對接的形式，一般取mm。綜上所述，本次設計中的主流道參數(shù)如下：
主流道小端直徑d=注射機噴嘴直徑+（0.5—1)mm=5mm；
主流道大端直徑D=d+=7mm；
主流道的球半徑 SR = 注射機噴嘴球頭半徑+（1～2）mm=14mm；
球面配合高度h=3mm；
主流道錐度。
3.3.2澆口套的設計
主流道小端入口處與高溫塑料和噴嘴反復接觸和碰撞，易磨損，對材料要求較高，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯酪r套與定位圈設計成一個整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質鋼材進行單獨加工和熱處理。本設計中澆口套采用碳素鋼T10A，熱處理淬火表面硬度為50—55HRC。在澆口套端部設一個與注射機定位孔相配的定位環(huán)，并在端面用螺釘將澆口套壓在模體內，克服塑件對澆口套的反座力。澆口套與定位圈采用H9／f9的配合。定位圈在模具安裝調試時應插入注射機定模板的定位孔內，用于模具與定位孔的安裝定位。定位圈外徑比注射機定模板上的定位孔徑小0.2mm以下。根據(jù)GB/T4169.19-2006規(guī)定，選擇澆口套的型號為Φ16×32，定位圈的型號采用直徑D為100。
3.3.3分流道的設計
分流道是主流道末端至澆口的整個通道，它通常在多型腔或者單型腔多澆口時設置。分流道的設計應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地流經分流道充滿型腔，并且流動過程中壓力損失及熱量損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。在設計分流道是應注意一下幾點：
1、 確定分流道時，應該使其截面積適當小一些。截面積過小會降低注射速率，延長充填時間，還可能使材料發(fā)生充不足、縮孔、流痕等缺陷；截面積過大會增大流道凝料的回收量，延長流道物料的冷卻時間；設計時采用較小的截面積可給進一步試模有修正的時間；另外，一模多腔的注射模具中，分流道的截面積總和應該盡量不大于主流道截面積；
2、 分流道和型腔的分布應排列緊湊、距離合理，盡量以軸對稱或中心點對稱而平衡，盡量縮小成型區(qū)的總面積，盡量使型腔和分流道在分型面上總投影面積的幾何中心與機器鎖模力的中心保持重合。
3、 分流道在定模一側或分流道延伸較長時，要設分流道拉料桿，以便在模具打開時能夠自動拉開分流道凝料。
4、 分流道的轉向次數(shù)要盡量少，轉向處應設圓角過渡，避免出現(xiàn)尖角。分流道與澆口的連接處應該加工成斜面，并用圓弧過渡，以利于聚合物的填充。
5、 分流道的內表面粗糙度不必要求很低，Ra=1.6μm。主要原因在于：聚合物熔體在流動時與分流道相接觸時，其外層多一些摩擦阻力，更容易形成冷卻皮層，從而起到絕熱層的效果，更利于熔體的保溫和流動。
根據(jù)以上分流道的設計原則，由于此次設計的產品壁厚為2mm（<3mm），質量為22.781g（<200g），且根據(jù)要求為一模兩腔，另外精度要求不高，加工容易，因此將分流道的截面形狀設計成半圓形。故采用下面的經驗公式來確定分流道的直徑。
（式3-1）
式中，D為分流道直徑（mm）；
m為塑件的質量（g）；
L為分流道的長度（mm）。
根據(jù)分析分流道長度為43cm，得D=3mm。分流道分布及尺寸如圖3-5所示：
圖3-5分流道分布及尺寸
3.3.4澆口的設計
澆口是指分流道末端與型腔入口之間狹窄且較短的一段通道。它的功能是時聚合物熔融體順利注入型腔內，有序的充滿型腔，又能及時冷卻封閉，以防止熔體倒流并對補縮具有控制作用，且便于切除。
1） 澆口截面的選擇：由于此次設計的產品要求為一模多腔，且尺寸較小，所以選擇側澆口。另外側澆口還有截面形狀簡單，加工方便的優(yōu)點；
2）澆口位置的選擇：為了提高制品質量，不影響制品性能，在設計澆口時考慮一下幾項原則：
1、 澆口應設在塑件壁厚最大處，使熔體從厚壁流向薄壁，并保持澆口至型腔各處的流程基本一致；
2、 避免澆口處發(fā)生噴射和蠕動，防止在充填過程中產生波紋；
3、 考慮分子的取向影響，澆口位置應設在塑件的主要受力方向；
4、 在選擇澆口位置時應考慮到塑件尺寸的要求；
5、 須減少熔接痕，應有利于型腔中氣體的排出；
6、 注意外觀質量的影響；
根據(jù)以上設計原則和對塑件進行分析，將澆口的位置設計如圖3-6所示。
3）澆口的尺寸：根據(jù)經驗公式，點澆口的計算公式如下；
（式3-2）
式中，n為塑料系數(shù)，由塑料性質決定；
k為系數(shù)，為塑件壁厚的函數(shù)，為了出去澆口方便，可取這里取為0.5；
A為型腔表面積（㎜2）；
查表得，n=0.61。經過計算A=8988.76㎜2，所以d=1.5mm。尺寸如圖3-7，形狀如圖3-8所示。
3.3.5冷料穴的設計
冷料穴是澆注系統(tǒng)的結構組成之一。冷料穴的作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流前面冷卻凝料，以免這些冷料注入型腔，不僅影響熔體充填的速度，而且影響成型塑件的質量。根據(jù)制品及以上設計部分分析，冷料穴形式采用半球形，如圖3-8和3-9。此外，主流道末端的冷料穴除了上述作用外，還有便于在此處設置拉料桿的功能。在注射結束模具分型時，在拉料桿的作用下，主流道凝料從定模澆口套中被拉出，最后推出機構開始工作，將塑件和澆注凝料一起推出模外。
3.4排氣系統(tǒng)的設計
當塑料熔體充滿模具型腔時，必須將澆注系統(tǒng)和型腔內的空氣以及塑料在成型過程中產生的低分子揮發(fā)氣體順利地排出模外。如果型腔內因各種原因產生產生的氣體不能被排出干凈，塑件上就會形成氣泡、產生熔接不牢、表面輪廓不清楚及填充不滿等成型缺陷，另外氣體的存在還會產生反壓力而降低充模速度，因此在設計模具時必須考慮型腔的排氣問題。對于由于排氣不暢而造成型腔局部填充困難時，除了設計排氣系統(tǒng)外，還可以考慮開設溢流槽，用于在容納冷料的同時也容納一部分氣體，有時采用這種措施是十分有效的。此次設計的產品較為簡單，可以利用配合間隙進行排氣。
第四章 成型零件的設計及尺寸計算
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，由于塑料熔體的高壓、料流的沖刷，在脫模時還與塑件發(fā)生摩擦，因此成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度和較好的耐磨性能。
設計成型零件時，應根據(jù)塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇正確的分型面和澆口位置，確定脫模方式和排氣系統(tǒng)，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件的結構設計，計算成型零件的工作尺寸，并對關鍵的零件進行強度和剛度的校核。
4.1成型零件的結構設計
1、 凹模的結構設計
凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結構的不同可分為整體式和組合式。根據(jù)對塑件的結構分析，該產品屬于小模具，而且沒有凹槽，因此本設計中采用整體式凹模結構，凹模用2個M5×20L的螺釘與定模板相連接。凹模結構如圖4-1所示：
圖4-1凹模結構
2、 凸模的結構設計
凸模是成型塑件內表面的成型零件。根據(jù)對塑件的分析，由于該塑件的內形和外形相似，同時為了加工的的方便，本設計中采用整體式型芯結構。凸模結構如圖4-2所示：
圖4-2凸模結構
4.2成型零件工作尺寸的計算
本次塑件的原料是聚氯乙烯（PVC）材料，PVC材料是一種收縮率范圍較大的塑料，因此成型零件的尺寸按照平均值法計算。已知PVC的收縮率為0.01—0.025之間 ,故可以得到PVC的平均收縮率為：0.0175。
此制品尺寸精度要求不太高，對塑件只有外形尺寸和內孔尺寸的要求，這就要考慮模具磨損量和制造公差等，而其他部位沒有精度要求，因此只需計算型芯型腔的幾個主要尺寸就可以了。塑件精度等級按GB/T14486-1993,PVC一般精度取MT5級，計算中按相應公差來查詢，采取平均值法來計算。
其他尺寸計算依此類推，計算結果如下：
表6-1 成型零件尺寸的計算 （mm）
模具尺寸名稱
塑件
尺寸
塑件精度等級
塑件尺寸公差△
模具等級GB/T1800
模具尺寸公差△m
模具尺寸計算結果
型腔直徑
51
5
0.64
9
0.100
51.116
型腔直徑
44.01
5
0.52
9
0.087
44.183
型腔深度
26
5
0.32
9
0.062
26.234
型芯直徑
34
5
0.56
9
0.087
34.175
第五章 推出機構的設計
注射成型后的塑料制件及澆注系統(tǒng)的凝料從模具中脫出的機構成為推出機構。推出機構的動作通常是由安裝在注射機上的頂桿或液壓缸完成的。
5.1推出力的計算
查資料得推出力的計算公式：
（式5-1）
（式5-2）
式中：A為塑件包絡型芯的面積，通過計算，本設計塑件包絡型芯的面積為12889mm2。
P為塑件對型芯單位面積上的包緊力。一般情況下，模外冷卻的塑件，p?。荒壤鋮s的塑件，取。為方便計算，本設計中取。
為塑件對鋼的摩擦系數(shù)，一般取0.1～0.3，本設計中取0.2。
為脫模斜度。本設計型芯脫模斜度為30′。
因此，本設計推出力通過上述公式計算約為。
5.2推出機構的選擇及位置的確定
5.2.1推出方式的確定及其固定形式
由于塑件較為簡單，質量較輕，所以采用推桿推出。假設采用直徑為2mm的推桿，數(shù)量為12根，那么推出面積為：
A=r2×12=37.68mm2 （式5-3）
推桿推出應力為：=F/A=11.89MPa<[]=12MPa （式5-4）
通過上述計算，采用4根直徑為8mm的推桿符合要求。推桿的形式采用直通式推桿。
推桿工作部分與模板或型芯上推桿孔的配合常采用H8/f7的間隙配合。推桿的材料常用T8A、T10A等碳素鋼，熱處理要求硬度為50～54HRC，推桿工作部分的粗糙度Ra一般取0.8μm。推桿在模具中的固定形式如圖5-2所示。
圖5-2推桿固定形式
5.2.2推桿位置的選擇
推桿的位置應選在脫模阻力最大的地方。根據(jù)對制品分析，因為塑件對型芯的包緊力在四周最大，所以在塑件內壁設計推桿。推桿位置如圖5-3所示。
圖5-3推桿的位置選擇
5.3推出機構的導向與復位
推出機構在注射模工作時，每開合模一次，就往復運動一次，除了推桿和復位桿與模板的滑動配合外其余部分均處于浮動狀態(tài)。推桿固定板與推桿的重量不應作用在推桿上而應該由導向零件來支撐。推出機構在開模推出塑件后，為下一次的注射成型，還必須使推出機構復位。
5.3.1推出機構的導向
推出機構導向裝置通常由推板導柱和推板導套所組成，最簡單的小模具也可以有推板導柱直接與推桿固定板上的孔組成，對于型腔簡單、推桿數(shù)量較少的小模具，推板導柱設置4根。其位置和尺寸如圖5-4所示：
圖5-4推板導柱的位置及尺寸
5.3.2推出機構的復位
使推出機構復位最簡單、最常用的方法是在推桿固定板上同時安裝復位桿，此次設計的復位桿為圓形截面，每副模具設置四根復位桿，其位置應對稱設在推桿固定板的四周，以便推出機構在合模時能平穩(wěn)復位。復位桿的位置及尺寸如圖5-5所示：
圖5-5復位桿的位置及尺寸 第六章 結構零件的設計
6.1模架和標準件的選用
根據(jù)注塑模模架國家標準GB/T 12555—2006，本次設計選用標準模架，確定出標準模架的形式。在模具設計時，應根據(jù)塑件圖樣及技術要求，分析、計算、確定塑件形狀類型、尺寸范圍、壁厚、孔形及孔位，尺寸精度及表面性能要求以及材料性能等，以制定塑件成型工藝，確定進料口位置、塑件重量以及型腔數(shù)，并選定注射機的型號和規(guī)格等等。選用標準模架的要點如下：
1、模架厚度H和注射機的閉合距離L 對于不同型號及規(guī)格的注射機，不同結構形式的鎖模機構具有不同的閉合距離。模具厚度與閉合距離的關系為：
（式6-1）
式中，H為模架厚度；
為注射機最大閉合距離；
為注射機最小閉合距離；
所以，由所選注射機得模架厚度的范圍為200～300㎜。
2、開模行程與定、動模分開的間距與推出塑件所需行程之間的尺寸關系 設計時須計算確定，在取出塑件時的注射機開模行程應大于取出塑件所需的動、定模分開的距離，而模具推出塑件距離須小于頂出液壓缸的額定頂出行程。
3、選用的模架在注射機上的安裝 安裝時需注意：模架外形尺寸不應受注射機拉桿間距的影響；定位孔徑與定位環(huán)尺寸需配合良好；注射機推出桿孔的位置和頂出行程是否合適；噴嘴孔徑和球面半徑是否與模具的澆口套孔徑和凹球面尺寸相配合；模架安裝孔的位置和孔徑與注射機的移動模板上的相應螺孔相配。
4、選用模架應符合塑件及其成型工藝的技術要求 為保證塑件質量和模架的使用性能及可靠性，需對模架組合零件的力學性能，特別是它們的強度和剛度進行準確地計算和校核，以確定動、定模及支撐板的長、寬、高尺寸，從而正確地選定模架的規(guī)格。
根據(jù)型腔所占的平面尺寸為184mm×113mm，因此需采用250mm×300mm的模架。但是又考慮到是采用推件板和推桿綜合的推出方式，且推桿布置在靠近凸模的中心，這樣推桿邊緣與推桿固定板邊緣距離較大，因此為降低模具成本可適當減小模具尺寸，同時又考慮到導柱、導套、水路的布置等因素，所以選擇W×L=300mm×350mm及各板的厚度尺寸。所以模架采用C2930-60×40×90GB/T 12555-2006。
定模板
定模板是定模型腔板，塑件高度為24mm，考慮到模板上還要開設冷卻水道，還需留出足夠尺寸，根據(jù)標準模架選用板料厚度為45mm。用于固定定模仁、導套、斜導柱、楔緊塊。用45鋼制成，最好調質230HB—270HB。其上的導套孔與導套采用H7/k6配合；定模板與定模仁為H7/m6配合。
動模板 動模板既有固定動模仁、導套、滑塊的作用，又承受型腔、型芯或推桿等的壓力，因此它要具有較高的平行度和硬度。所以用材料45鋼較好，調質230HB—270HB。由于此次設計中沒有選用支承板，所以動模板厚度應稍微加厚。其上的導套孔與導套采用H7/k7配合；其推桿孔與推桿單邊間隙為0.5mm；其動模仁上的塑件推桿孔與塑件推桿采用H7/e7配合。
定模座板
定模座板通常就是模具與注射機連接處的板，材料為45鋼。定位圈通過4個M6的內六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為H7/k6配合；定模板與定模仁為H7/m6配合。
動模座板 材料為45鋼，其上的推板導柱孔與推板導柱采用H7/n6配合。
墊塊
1、主要作用：在動模座板與動模墊板之間形成頂出機構的動作空間，或是調節(jié)模具的總厚度，以適應注射機的模具安裝厚度要求。
2、結構型式：可為平行墊塊、拐角墊塊。（該模具采用平行墊塊）。
3、墊塊一般用中碳鋼制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨鑄鐵等。
4、模具組裝時，應注意左右兩墊塊高度一致，否則由于負荷不均勻會造成動模板損壞。
5、墊塊尺寸 墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5～10）mm
=24+25+20+（5～10）mm=80mm
推桿固定板
材料為45鋼。其上的推板導套孔與推板導套采用H7/k6配合；復位桿孔與復位桿、推桿孔與推桿均采用單邊縫隙為0.5mm配合。
推板
材料為45鋼。其上的推板導套孔與推板導套采用H8/k7配合，用4個M12的內六角圓柱螺釘與推桿固定板固定。
6.2支成零部件的設計
用于防止成型零部件及各部分機構在成型壓力作用下發(fā)生變形超差現(xiàn)象的零部件稱為支撐零部件。支撐零部件主要有支承板、墊板、支承柱等。
6.2.1墊塊的設計
用于支承動模成型部分并形成推出機構運動空間的零件稱為墊塊。由上可知墊塊的規(guī)格為62mm×350mm×80mm。
6.2.2支承柱的設計
支承柱是用于增加動模成型部分的強度，防止在成型時動模支承板撓曲變形的零件。由于塑件為小型塑件，所以不需要設計支承住。
6.3合模導向機構的設計
合模導向機構是保證動、定 模合模時，正確定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式。本設計采用導柱導向。導向機構有以下作用：
1、定位作用 模具閉合后，保證動、定模位置正確，保證型腔的形狀和尺寸精度。導向機構在模具裝配過程中也會起到定位作用，即便于模具的裝配和調整。
2、導向作用 合模時，首先是導向零件接觸，引導動、定模準確閉合，避免型芯先進入型腔造成成型零件的損壞。
3、承受一定的側向壓力 塑料熔體在充形過程中可能產生單向側向壓力，此時導柱將承受一定的側向壓力，以保證模具的正常工作。若側向壓力很大或者精度要求很低的影響，則不能單靠導柱來承擔，需增加錐面定位機構來承擔側向壓力。
根據(jù)導向機構的作用，導向機構設計要點有一下幾點：
1、小型模具一般只設置兩根導柱，當其元合模方位要求，采用等徑且對稱布置的方法，若有合模方位要求時，則應采取等徑不對稱布置，或不等徑對稱布置的形式。大中型模具常設置三個或四個導柱，采取等徑不對稱布置，或不等徑對稱布置的形式。
2、直導套常應用于簡單模具或模板較薄的模具；Ⅰ型帶頭導套主要應用于復雜模具或大、中型模具的動定模導向中；Ⅱ型帶頭導套主要應用于推出機構的導向中。
3、導向零件應合理分布在模具的周圍或靠近邊緣部位；導柱中心到模板邊緣的距離δ一般取導柱固定端的直徑的1～1.5倍；其設置位置可參見標準模架系列。
4、導柱常固定在方便脫模取件的模具部分；但針對某些特殊的要求，如塑件在動模側依靠推件板脫模，為了對推件板起到導向與支承作用，而在動模側設置導柱。
5、為了確保合模的分型面良好貼合，導柱與導套在分型面處應設置承屑槽；一般都是削去一個面，或在導套的孔口倒角，
6、導柱工作部分的長度應比型芯端面的高度高出6～8mm，以確保其導向作用。
7、應確保各導柱、導套及導向孔的軸線平行，以及同軸度要求，否則將影響合模的準確性，甚至損壞導向零件。
8、導柱工作部分的配合精度采用H7/f7（低精度時可采用H8/f8或H9/f9）；導柱固定部分的配合精度采用H7/k6（或H7/m6）。導套與安裝之間一般用H7/m6的過渡配合，再用側向螺釘防止其被拔出。
6.3.1導柱與導套的設計
1、導柱結構的技術要求：
1）長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出8～12㎜，以免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯先進入型腔的情況。
2）形狀 導柱前端應做成錐臺形，以使導柱能順利地進入導向孔。
3）材料 導柱應具有硬而耐磨的表面和堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼（經表面滲碳淬火處理）或者T10A、T8A（經淬火處理），硬度為50～55HRC。導柱固定部分的表面粗糙度為Ra=0.8μm。導向部分的表面粗糙度為Ra=0.8～0.4μm。
4）數(shù)量及分布 導柱應合理的分布在模具分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度（導柱中心到模具邊緣的距離通常為導柱直徑的1.5倍）。導柱的布置采用等直徑不對稱分布。
5）配合精度 導柱固定端與模板之間采用H7/m6的過渡配合，導柱的導向部分采用H8/f7的間隙配合。
2、導套的結構和技術要求
1）形狀 為使導柱順利進入導套，導套前端要進行倒圓角。導向孔最好做成通孔，以便利于排出孔內的空氣。如果模板較厚，導孔必須做成盲孔，可在盲孔的側面打一個孔排氣或在導柱的側壁磨出排氣槽。
2）材料 可用與導柱相同的材料，其硬度略低于導柱的硬度，以減輕磨損，防止導柱或導套拉毛。
3）固定形式及配合精度 與模板采用H7/r6配合，用止動螺釘緊固。
該套模具采用推板導柱固定在動模座板上的形式。對于本套模具，根據(jù)上述設計要求以及GB/T4169.4-2006，導柱選用帶頭導柱，型號為25×30×140。導套選用直導套，型號為30×80。該模具設置了4套推板導柱與導套，他們之間用H8/e7,其形狀與
第七章 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計
模具溫度是指模具型腔和型芯的表面溫度。模具溫度是否適合、均一程度，對塑料熔體的充模流動、固話定型、生產效率及塑件的形狀、外觀和尺寸精度都有重要的影響。模具中設置溫度調節(jié)系統(tǒng)的目的就是要通過控制模具的溫度，使注射成型塑件有良好的產品質量和較高的生產效率。
7.1冷卻回路尺寸的確定和布置
7.1.1冷卻系統(tǒng)的設計準則
在注射成型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質量如收縮率、翹曲變形、耐應力開裂性和表面質量等，并且對生產效率起到決定性的作用，在注射過程中，冷卻時間占注射成型周期的約80%。同時影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設計，冷卻介質的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。因此在設計冷卻系統(tǒng)時應注意以下幾點：
（1）低的模具溫度可降低塑件的收縮率。
（2）模具溫度均勻、冷卻時間短、注射速度快，可降低塑件的翹曲變形。
（3）對結晶性聚合物，提高模具溫度可使塑件尺寸穩(wěn)定，避免后結晶現(xiàn)象，但是將導致成型周期延長和塑件發(fā)脆的缺陷。
（4）隨著結晶型聚合物的結晶度的提高，塑件的耐應力開裂性降低，因此降低模具溫度是有利的，但對于高粘度的無定型聚合物，由于其耐應力開裂性與塑料的內應力直接相關，因此提高模具溫度和充模，減少補料時間是有利的。
7.1.2冷卻系統(tǒng)和冷卻介質
一般注射到模具內的塑料溫度為200°C左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在60°C以下，熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。對于黏度低，流動性好的塑料，因為成型工藝要求模溫都不太高，所以用常溫水對模具進行冷卻。由于PVC的流動性為中等，且水的熱容量大，成本低，傳熱系數(shù)大，故該套模具亦采用常溫水進行冷卻。
7.1.3 冷卻系統(tǒng)的簡略計算
如果忽略模具因空氣對流、熱輻射以及與注射機接觸所散出的熱量，不考慮模具金屬材料的熱阻，可對模具冷卻系統(tǒng)進行初步的和簡略的計算。
1）求塑件在固化是每分鐘釋放的熱量Q
Q=WQ1 式（7-1）
=0.03432×350=12.015kJ／min
式中，W為單位時間（每分鐘）內注入模具中得塑料質量（KJ／min），生產周期按每分鐘注射1.2次計算，W=1.2Vsp=1.2×27.245×1.05=0.03432 KJ／min
Q1 單位質量放出的熱量，為310KJ／kg～400 J／kg，取350 KJ／kg.
2）求冷卻水的體積流量
= 式（7-2）
式中， p為冷卻水的密度，為1×103kg／m3；
為冷卻水的比熱容，為4.187kJ／(kg℃)；，
θ1冷卻水出口溫度，取25℃；
θ2冷卻水入口溫度，取20℃；
3）求冷卻管道直徑d，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=8mm。
4）求冷卻水在管道內的流速v
v= 式（7-3）
==1.73m／s
大于最低流速1.66 m／s，復合要求，所以選d=8mm。
5） 求冷卻管道孔壁與冷卻水之間的熱膜系數(shù)h
h=3.6f=14630kJ／（m2h℃） 式（7-4）
6)求冷卻管道的總傳熱面積A
A= 式（7-5）
=3.2×10-3m2
式中 Δθ模具溫度與冷卻水溫度之間的平均溫差，模具溫度取50℃。、
7)求模具上應開設的冷卻管道的孔數(shù)
n= 式（7-6）
=
=1.3≈2
7.1.4冷卻回路的布置
設置冷卻效果良好的冷卻水回路的模具是縮短成型周期、提高生產效率最有效的方法，也是成型出高質量塑件的重要因素。設置冷卻回路，應注意以下幾點：
(1)冷卻水道應盡量多、截面尺寸應盡量大，以使型腔表面的溫度趨于均勻，防止塑件不均勻收縮和產生殘余應力。
(2)冷卻水道離模具型腔表面的距離一般為10～15㎜。
(3)冷卻水道出入口的布置應注意兩個問題，即澆口處加強冷卻和冷卻水道的出入口溫差應盡量小。
(4)冷卻水道應沿著塑料收縮方向設置。
(5)冷卻水道的布置應避開塑件易產生熔接痕的部位。而且各連接處應保持密封，防止冷卻水外泄。
根據(jù)以上設計原則和對制件的分析，冷卻水道的布置及尺寸如圖7-1所示：
圖7-1冷卻水路的布置及尺寸
7.2模具加熱系統(tǒng)的設計
由于模具溫度在20℃—60℃，低于80℃，又是中小型模具，所以無需設置加熱系統(tǒng)。
第八章 主要參數(shù)的校核
8.1注射壓力的校核
塑料成型所需要的注射壓力是由塑料品種、注射機類型，噴嘴形式、塑件形狀以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。對于粘度較大的塑料以及形狀細薄、流程長的塑件，注射壓力應取大些。注射壓力的校核是核定注射機的額定注射壓力是否大于成型時所需要的注射壓力。注射壓力的校核公式為：
式（8-1）
式中，p為注射機的額定注射壓力， ；
為注射成型時的所需用的注射壓力，；經過查資料，取100MPa
為注射壓力安全系數(shù)。，常取=1.25～1.4；
；符合要求。
8.2鎖模力的校核
注塑時塑料熔體進入型腔內仍然存在較大的壓力，它會使模具從分型面漲開。為了平衡塑料熔體的壓力，鎖緊模具保證塑件的質量，注射機必須提供足夠的鎖模力。鎖模力的校核公式為：
式（8-2）
式中 F—注射機的額定鎖模力，KN；
A—制件和流道在分型面上的投影面積之和，cm2；
p—型腔的平均壓力，；經過查資料，取25MPa
K—安全系數(shù)，通常K=1.1～1.2；
將數(shù)據(jù)帶入公式得：
,符合要求。
8.3注射量的校核
注射量以容積表示，最大注射量容積為
=0.80×104=83.2cm3 （式8-3）
式中，為模具型腔和流道在注射壓力下所能注射的最大容積（cm3）；
為指定型號與規(guī)格的注射量容積（cm3）；
為注射系數(shù)，取0.75～0.85，計算中取0.80。
倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留時間就會過長。所以最小注射量容積=0.25=0.25×104=26cm3。故每次注射的實際注射量容積應滿足，而=1.2×2×26.176=60.751cm3>26cm3。
8.4 模具安裝部分的校核
注射模具是安裝在注射機上生產的，在設計模具時，必須使模具的有關尺寸與注射機相匹配。與模具安裝有關的尺寸包括噴嘴尺寸、定位環(huán)尺寸、模具的最大和最小厚度以及模板上的安裝螺孔尺寸等等。
該模具的外形尺寸為:290mm×300mm，XS-ZY-125型注塑機的最大安裝尺寸為400mm×400mm，所以能夠滿足模具安裝要求。模具定位圈的直徑為100mm，與注塑機定位孔直徑相同，符