机械模具设计毕业设计论文

1、目录目录 1 绪论.1 1.1 我国塑料模具工业发展的现状.1 1.2 存在问题和主要差距.2 1.3 今后主要的发展方向.2 1.4 本科毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果.3 2 材料与塑件分析.4 2.1 塑件材料分析.4 2.2 塑件分析.4 2.3 确定塑件型腔数量.5 2.3.1 基本原则.5 2.3.2 型腔数量的确定方法.6 3 标准件的选择.7 3.1 标准模架的选取.7 3.2 标准紧固件的选用.7 4 浇注系统的设计.8 4.1 概述.8 4.2 流道设计.8 4.2.1 主流道设计.8 4.2.2 分流道设计.9 4.2.3 冷料穴和拉料杆的设计.10

2、 4.3 浇口设计.10 5 冷却系统的设计.12 5.1 冷却时间计算.12 5.2 冷却参数计算.13 5.3 冷却回路的设计.15 6 顶出和导向机构的设计.16 6.1 顶出机构的设计.16 6.1.1 顶出机构的分类.16 6.1.2 顶出机构的设计原则.16 6.1.3 顶出机构的基本形式.16 6.2 导向机构的设计.17 6.2.1 导柱和导套的设计.17 6.2.2 导柱和导套在模板上的布置.17 6.3 复位机构的设计.18 6.3.1 复位杆复位.18 6.3.2 弹簧复位和顶杆兼作复位.18 7 注塑机的选择.19 7.1 注塑机概述.19 7.2 注射机的选择.20

3、7.3 注塑机的参数校核.21 7.3.1 最大注塑量校核.21 7.3.2 注射压力校核.21 7.3.3 锁（合）模力校核.21 7.3.4 模具安装尺寸的校核.22 7.3.5 开模行程的校核.22 8 成型零件的设计.24 8.1 凹模的设计.24 8.2 凸模的设计.24 8.3 成型零件工作尺寸计算.24 9 侧向分型与抽芯机构的设计.25 9.1 抽拔力与抽拔距的计算.25 9.2 斜导柱分型抽芯机构的设计.25 10 模具设计总图.27 10.1 模具动作过程.27 10.2 模具图的绘制.27 结 论.29 参考文献.30 致 谢.31 1 绪论 1.1 我国塑料模具工业发展

4、的现状 塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展而产生的，目前塑料制品 几乎已经进入一切工业部门以及人民的日常生活的各个领域。随着机械工业、 电子工业、航空工业、仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求 量越来越多，质量要求也越来越高，这就要求成型塑件的模具开发、设计和制 造的水平也必须越来越高。事实上，在仪表仪器、家用电器、交通、通讯等各 行各业中，有 70%以上的产品是用模具来加工成型的。工业发达国家，其模具 工业年产值早已超过机床行业的年产值。 在塑料制件的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的 加工工艺、优质的模具材料和现代化的成型设备等都是成型优质塑件的重要条

5、 件。因此，塑料成型技术在塑料模的设计、制造、模具的材料以及成型技术等 方面都有着很大的发展空间。如：cad/cae/cam 技术的快速发展和推广应用、 各种模具新材料的研制和使用、模具的标准化以及塑料制件的微型化、超大型 化和精密化。 模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。 中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有 了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的 调整和技术发展水平的

6、提高。 在制造技术方面，cad/cam/cae 技术的应用水平上了一个新台阶，以生产 家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 cad/cam 系统，如美国 eds 的 ug、美国 parametric technology 公司的 pro/engineer 等等。这些系统和软 件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中实现了 cad/cam 的集成， 并能支持 cae 技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定 的技术经济效益，促进和推动了我国模具 cad/cam 技术的发展。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、 复杂、长寿命、中高档模具及

7、模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模 和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加等。从地区分布来看， 以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方 的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江 苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 1.2 存在问题和主要差距 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计 制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的 问题和差距主要表现在以下几方面： 1总量供不应求 国内模具自配率只有 70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率 只有 50%左

8、右。 2企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例 高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、 “小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、 精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上。 3模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平 产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。 造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重 视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个

9、原因： （1）国家对模具工业的政策支持力度还不够。 （2）人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少。 （3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。 （4）专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差。 （5）模具材料及模具相关技术落后。 1.3 今后主要的发展方向 1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。 2.在塑料模设计制造中全面推广应用 cad/cam/cae 技术。 3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。 4.开发新的成型工艺和快速经济模具。 5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。 6.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分

10、必要。 7.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。 1.4 本科毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果 首先，要了解整个模具行业近十年来设计的发展概况以及应用水平，特别 是注塑模具设计的先进技术和方法。其次，熟练掌握 pro/e 应用软件，还要了 解目前应用较为广泛的其他应用软件，如 ug、powermill、autocad 软件等。再 次，必须对成型材料的成型特性有足够的了解；最重要的是掌握注塑模具的设 计特点和结构特点。我要解决的主要问题是设计开关外壳的注塑模具（特别是 结构设计） ，最后利用 pro/e 软件绘出该零件注塑模具的三维图，利用 autocad 绘制其二维工程

11、图。 为了解决这些问题，我必须首先明确注塑模具的设计流程，并作出详细的 工作进度计划，在其间应了解各种软件的应用，特别要熟练掌握 pro/e；掌握 注塑模具的设计程序、规范及结构特点；了解模具的标准件，以提高模具设计 效率，减少设计周期。还应掌握零件尺寸和公差与零件设计几何要求关系，因 为在设计模具时，必须根据制件的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺 寸和精度等级，得到零件的工作尺寸；模具的制作是在高温下进行的，所以应 了解模具的各种材料属性（要求其综合性能良好，冲击韧性，力学强度较好， 尺寸稳定，耐化学性、电化学性能良好） ，特别是它的收缩率。所有这些资料必 须通过图书馆查找期刊文献、会

12、议文献以及专业书籍得到，所以还要熟练资料 的检索。 2 材料与塑件分析 2.1 塑件材料分析 聚氯乙烯（pvc） 1)基本特性 聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一，其价格便宜，应 用广泛。聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同的用途可以加入不同的 添加剂，聚氯乙烯塑件可呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂中 加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质和透明制品。纯聚氯乙烯的密度为 1.4g/cm3 加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为 1.15- 2.00g/cm3。硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作 结构材料。软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐

13、寒性会增加，但脆性、硬度、 拉伸强度会降低。聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料， 其化学稳定性也较好。由于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解， 放出氯化氢气体，使聚氯乙烯变色，所以应用范围较窄，使用温度一般在-15- 55之间。 2）主要用途 由于聚氯乙烯的化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道、 管件、输油管、离心泵和鼓风机等。聚氯乙烯的硬板广泛用于化学工业上只做 各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑材料。由于 电气绝缘性能优良，可在电气、电子工业中，用于制造插座、插头、开关和电 缆。在日常生活中，聚氯乙烯用于制造凉鞋、雨衣、玩具和人造革等。 3

14、）成型特点 聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。因此，在成型 时，必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。不能用一 般的柱 塞式注射成型机成型聚氯乙烯塑料，因为聚氯乙烯耐热性和导热性不 好，而用柱塞式注射机需将料筒内的物料温度加热到 166-193，这会引起聚 氯乙烯分解。所以，应采用带欲塑化装置的螺杆式注射机注射成型，模具浇注 系统也应粗短，进料口截面宜大，模具应有冷却装置。 经过对材料的性能的了解，并考虑到塑件的使用环境，本设计采用 pvc 材 料。 2.2 塑件分析 如图 2.1 为开关外壳塑件的三维立体图和二维工程图，该产品用于电源开 关上，对电源起固定和保护作用，

15、该产品形状如中空薄壁型零件，精度及表面 粗糙度要求较高，不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合 精度要求。制品整体有充分的脱模斜度，各处脱模力比较合理。从整体结构分 析：制品表面积较大、高度不大但是壁薄零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困 难。从整体工艺性分析：根据制品外观要求与结构特定要求选择浇口位置在零 件内部，制品薄而大要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求顶出机构顶出 均匀。 图 2.1 塑件三维立体图 2.3 确定塑件型腔数量 2.3.1 基本原则 在保证成品率在 98%以上的前提下，以每件塑件的成本最低为准。 塑件成本包括：塑件原料成本（包括染色、造粒、干燥在内） ，注塑

16、机折旧 成本，动力成本，模具费用成本（包括预计维修费在内） ，劳务费用成本，辅料 及消耗品成本，管理费用成本（包括仓储、运输的在内） 。 与注射机有关的项目为： 1.注射机的选择 大型塑件原则上采用单腔模，中、小型塑件有可能采用多 腔模。 多腔模的优点：单位时间内的产量高，每一件的相对辅助消耗小。 多腔模的缺点：塑件精度低一般在 sj1372-78 的 5 级以下；模具价格 高（但相对成本不一定高） ；需用大规格注塑机，生产率低、折旧费及动力费等 相 对地较高。 2.模具结构的选择 冷浇道模具有冷凝料消耗，热浇道模具有价格较高的问 题。就成型质量而言，以采用热浇道模具为好。 自动脱模与手动脱模

17、有循环期长短及稳定与否的差异，以自动脱模卸件为 佳。 3.控温系统的设计 模具的控温系统（包括冷却或加热系统）的设计，应留 有余地，以备调节。温控效果良否与成品率有密切关系。 4.脱模机构的设计 脱模机构的动作效果，直接影响塑件质量及注射循环 （亦即影响生产率） 。 5.模具材料的选择及热处理 直接影响模具的有效寿命（指成型合格品的数 量或次数） 。 6.模具的强度设计 直接影响塑件的质量。 2.3.2 型腔数量的确定方法 首先以塑件尺寸精度为依据。 属于精密技术级（sj 1372-78 的 1、2 级）的塑件，只能一模一腔。 属于精密级（sj 1372-78 的 3、4 级）的塑件，最多只能

18、一模四腔。 属于一般精度级及低精度级的塑件，视其体积大小，机构复杂程度，侧抽 芯的有无及方向，可预先选定型腔数目，然后作经济方面的计算。有侧抽芯的 塑件， 主要先从侧抽芯的布局上考虑采用几腔，据此以决定设计方案。 型腔数的经济指标，主要是指塑件的相对成本。成本中包括： 1.直接费用 原料费用-考虑材料利用率，多腔模的冷浇道模有冷浇道的 损耗；模具费用；机床费用。 2.间接费用 模具的维护、保养。 确定型腔数目的技术限制有如下各项： 1.注射机的锁模力； 2.注射机塑化能力； 3.注射机的最佳注射量-依注射机的设计制造技术水平而异，同一型号 的产品，依生产厂家的技术水平而又相当的差异； 4.注射

19、机的模板面积（指有效面积） ； 5.注射机的动模板行程； 6.注射机的充模时间-以产品说明书为准； 7.充模时的流变条件-指温度、压力、速度的可调节范围及能力，以及 有无闭环反馈等。 首先从定货批量、质量要求、交货期入手。然后经过初步的模具方案设计， 选用注射机。由注射机有关参数的引入，反过来再修正初步设计方案。一般情 况下，需要反复几次才能确定最经济的型腔数目。 3 标准件的选择 模具的标准化对于生产中提高效率，改善生产环节有着很重要的作用。近 年来在模具行业，特别是塑料模具行业，标准件的大量运用使生产更趋于标准 化、简单化，对于生产安全和高效起到很重要的作用，还有利于模具的国际交 流和组织

20、模具出口，打入国际市场。 31 标准模架的选取 模架是设计制造塑料注射模的基础部件，其他部件的设计与制造均依赖于 它，选择模架要根据制品的尺寸及大小，同时考虑注射机的参数，本次设计因 参照生产实例，工厂中多采用上海龙记公司的模架，因此，本次设计也选用该 公司产品，其模架标记为：dah 型，外观尺寸 400250340 如图 3.1 所示。 图 3.1 模架的选择 32 标准紧固件的选用 标准紧固件主要是螺钉。螺钉是日常生活中最常用的标准件，将螺杆直接 旋入被连接件之一的螺孔内，螺钉头部即可将两被连接件紧固，其规格和尺寸 均有相应的标准，本设计的塑件模架中主要采用内六角螺钉，包括 m5，m6,m

21、8 和 m10 不等，但本设计一般用 m5，m8 的螺钉较多，长度根据不同需要选取，如 图 3.2 所示为 m8 的典型结构。 图 3.2 内六角螺钉 4 浇注系统的设计 4.1 概述 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。普通 浇注系统一般由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。 浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、 尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大的影响。对浇注系统 进行设计时，一般应遵循如下基本原则。 1. 了解塑料的成型性能 2. 尽量避免或减少产生熔接痕 3. 有利于型腔中气体的排出 4. 防止型芯的变形和嵌件的位

22、移 5. 尽量采用较短的流程充满型腔 6. 流动距离比和流动面积比的校核 此外，制件的外形、尺寸和对外观的要求也影响整个浇注系统的形状和尺 寸，本制件上表面要求光滑，所以，不宜在表面开设浇道，而应采用内浇口。 4.2 流道设计 浇注系统主要由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成 4.2.1 主流道设计 主流道是指熔融塑料由注射机喷嘴喷出后最先经过的部位，与注射机喷嘴 同轴，因为与熔融塑料、注射机喷嘴反复接触、碰撞，一般不直接开设在定模 板上，为了制造方便，都制成可拆卸的浇口套，用螺钉或配合形式固定在定模 板上。如图 4.1 所示。 图 4.1 主流道 熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到

23、填充时间及流动速度。其 浇口选择不能太大和太小。浇口太小，熔料流动过程中冷却面相对增大，热量 消耗大，注射压力损失也大，但浇口太大，会造成材料的浪费。因此，合理的 主浇道参数，一般情况下取值如下： 1）d=d1+(0.51) 式中 d1注射机喷嘴孔直径（mm） d主流道口直径（mm） 所以本设计采用 d1 为 4mm，得出 d 取为 5mm。 2）=24对流动性较差的塑料可取 36。 本设计采用 =3。 3）h按具体情况选择，一般取 38mm，h 取为 5mm。 4）r=r1+（13） 式中 r1注射机喷嘴球面半径（mm） ， r1 为 6mm，r 取为 7mm。 5）r为主浇道与分浇道过渡处

24、采用的圆角半径， 按具体情况选择，一 般取 13mm，现在选择其为 1.5mm。 6）l 应尽量缩短，一般不应该超过 60mm，本设计取 45mm。 4.2.2 分流道设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。多型腔模 具一定设置分流道，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。分流道的 作用是改变熔体流向，使其平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应注意 尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。 1.分流道的设计要点 分流道的设计要点是： （1）流经分流道的熔体温度和压力的损失要少。为此，分流道一要短，二要 使粗糙度降到最低，三是容积要小，四是少弯折。 （2）要使分流道的

25、固化时间稍慢于制品的固化时间，以利保压、补缩和压力 传递。 （3）要使熔料能迅速而又均匀地进入各型腔，故在多型腔设计时，在保证模 具结构强度前提下，力求采用平衡进料，而且在保证模具结构强度前提 下，力求紧凑、集中。 （4）便于加工，便于使用标准刀具，免于制造专用刀具。 2.分流道的截面形状 分流道的截面类型有圆形、梯形、u 形、半圆形等，根据塑件的材料流动 性较好，长度较短，无侧抽，可以采用圆形分流道且呈辐射状布置。由于分流 道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较 为理想，因此分流道的内表面粗糙度 ra 并不要求很低，一般取 1.6m 左右既 可，这样表面稍不光滑

26、，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部 位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪 切热。 3.分流道的布置 分流道的布置取决于型腔的布局，两者互相影响。分流道的布置形式分平 衡式和非平衡式两种。 （1）平衡式布置 平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸 等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。因此各个型腔的 浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡进料。 （2）非平衡式布置 非平衡式布置的主要特点是主流道至各个型腔的分流道长度各不相同（或 加上型腔大小不同） 。为了使各个型腔同时均衡进料，各个型腔的浇口尺寸必定 不相同

27、。 本塑件的分流道采用了平衡式布置。 4.2.3 冷料穴和拉料杆的设计 1冷料穴 冷料穴在塑件模架设计中起到重要作用。它是容纳浇注系统流道中料流的 前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体的填充速度，有影响 成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还有便于在该处设置 主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流凝料从 定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推 出模外。 本次设计冷料穴的位置：模具的冷却道设在上下型腔所在的动定模板上， 主流道的末端（主流道正对面的动模板上）或分流道的末端。其设计尺寸是： 直径稍大于主流道大端直径，

28、长度约为主流道大端直径。 2拉料装置 本次设计采用的是推杆形式的拉料杆。拉料杆头部的型腔处有一圆形凹环 槽，凹环槽在主流道凝料上形成凸环，分模时即可将该凝料从主流道里拉出。 4.3 浇口设计 浇口亦称进料口，是连接分流道和型腔的熔体通道，是浇注系统的最终端， 很短，截面积很小。当熔融的料流在高压下经过浇口时，因截面积小而流速加 快，因摩擦作用而温度升高，黏度降低，流动性提高，有利于充满型腔。故浇 口是浇注系统的关键部位，其位置、形状及尺寸等决定着塑件质量、注射效果 及注射效率。 设计浇口时应注意几点： 1.浇口应设在制品的最大壁厚处，使塑料从厚壁流向薄壁，保持流程一致。 2.防止浇口处产生喷射

29、而在充填过程之中产生蛇形流。 3.浇口位置应设在制品主要受力方向上。 4.要考虑制品的尺寸要求。 5.对长零件应沿纵向而不是沿横向或在中心设浇口。 6.两个或以上型腔，应沿主流道对称分布。 7.铰接零件应使熔合线远离接点。 8.环形零件浇口设在底部避免产生气泡。 浇口的作用：快速充型，保压补缩；防止热料回流；使塑件与浇注 系统分离。 浇口截面形状和尺寸的确定要根据制品的尺寸大小、壁的厚薄、塑料的品 种以及制品的结构和相应的浇口形式而定。先取小值，试模后根据情况在修正。 总的要求是使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时的冷却 封闭，因此，浇口的截面要小，长度要短，这样可增大料流速度

30、，快速冷却封 闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。 注射模具的浇口形式较多，其形式和安放位置有直接浇口、盘形浇口（或 中心浇口） 、侧浇口、环形浇口、点浇口、轮辐式浇口、潜伏浇口等，具体采用 的形式可以综合各种影响因素，本设计采用潜伏式浇口。 潜伏式浇口又称剪切浇口，有点浇口变异而来。这种浇口的分流道位于模 具得分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔体通过型腔的侧面 或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件 的表面质量与美观效果。 5 冷却系统的设计 5.1 冷却时间计算 注射模实质上是一种热交换器。确定恰当的热交换（冷却）

31、时间，是模具 设计者的重要任务。为此，首先分析影响冷却时间的因素。 1.模具材料 本次设计选用的模具材料为钢材。如只考虑材料的冷却效果时，若热率越 高，从熔融塑料吸收热量越迅速，冷却得越快。 2.冷却介质温度及流动状态 本塑件采用冷却水做冷却介质。我们知道水的比热大，以冷却水出、入处 口温差小为好，一般控制在 5以内。冷却水在通道中的流速，以尽可能高为c 好，其流动状态以湍流为佳，即雷诺系数 re104为宜。 3.模塑材料（塑料） 塑料的热性能，对冷却时间有重大影响。绝大多数塑料的热导率和热扩散 率都很低，但可通过加入添加剂、改性剂加以改善。 根据表 5-1 确定冷却时间（表 6-1 见塑料模

32、具技术手册221 页表 3- 42） 表 5-1 塑件壁厚与冷却时间的关系 冷却时间 （s）制 件 厚 度 （ mm ） abspahdpeldpepppspvc 0.51.81.81.0 0.81.82.53.02.33.01.82.1 1.02.93.84.53.54.52.93.3 1.34.15.36.24.96.24.14.6 1.55.77.08.06.68.05.76.3 1.87.48.910.08.410.07.48.1 2.09.311.212.510.612.59.310.1 2.311.513.414.712.814.711.512.3 2.513.715.917.51

33、5.217.513.714.7 3.220.523.425.522.525.520.521.7 根据上表，本塑件材料为 pvc，壁厚为 2mm，故冷却时间为 10.1s。 5.2 冷却参数计算 1.计算所需冷却水体积流量： 应用公式：= 来计算；v 12 60() i g ctt 式中： 冷却水的体积流量(m3/min)v 单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h）g 塑料成型时在模内释放的热量（j/kg） i 冷却水的比热容(j/kgk)c 冷却水的密度（kg/m3） 冷却水的出口温度（） 1 t 冷却水的进口温度（） 2 t 塑件质量 m 塑=6.6g,用 pro/e 作出浇注系统的三维图，

34、计算出浇注系统的 总质量为 7.287g，每小时注射 240 次， =（6.6+7.287） 240/1000=3.33kg；g 计算得 =3.333105/60/103/4200/（25-20）=v 12 60() i g ctt =0.79410-3(m3/min) 参考塑料模具技术手册 ，选定冷却水道直径为 6mm 。 2.求冷却水在水孔内的传热速度v =40.79410-3/3.14/(6/1000)2/60=0.47(m/s)v 2 4v d 3.求冷却水孔与冷却水间的传热系数 =8.4(9960.47)0.8/0.0060.2 0.8 0.2 ()v d =3.198103（w/m

35、2k） (=8.4) 4.传热水孔总传热面积的计算： 公式 a= 3600 () i w g tt 式中：a冷却水孔总传热面积(m2) g单位时间内注入模具的塑料质量（kg/h） 冷却水的传热系数（w/m2k） c冷却水的比热容(j/kgk) 冷却水的密度（kg/m3） tw模具温度（） 冷却水的平均温度（）t 计算得： a = 3600 () i w g tt =3.333105/3600/3.198/103/40-（25-20）/2 =0.0022（m2） 则传热水孔总传热面积应为 0.0022m2 5.冷却水孔总长度计算 公式 l= 0.8 3600()() i w g vdtt 式中

36、l冷却水孔总长度(m) l=0.565m 0.8 3600()() i w g vdtt 则冷却水孔总长度应为 0.565m 6.冷却水道孔数计算： 设因模具尺寸之限制，每一根水孔的长度为 l，则模具内应开设的水孔数 计算如下： 公式 n= a dl 计算 n=0.0022/3.14/0.006/0.29=1.04 a dl 因为模具采用的设计是一模四腔设计，选用铜管以防止漏水，会降低冷却 作用故采用 4 根水道。 5.3 冷却回路的设计 冷却系统的设计原则： （1）冷却水道数量尽量多、截面尺寸尽量大，以尽快使塑件凝固，防止产 生残余应力。 （2）浇口处加强冷却，因为浇口附近温度最高，距离浇口

37、越远温度越低。 （3）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等厚壁处冷却水道要靠近型腔，间 距要小，一般水道孔至型腔表面的距离大于 10mm，此处采用 12mm。 （4）冷却水道排列形式，由于抽风机外壳成型面积较大，为使加工方便， 采用串联式直接循环式水道，冷却管道中心距约为管径的 35 倍。 （5）冷却水道出、入口温差要尽量小。 根据本次设计的塑件形状及其所需冷却温度分布要求以及浇口位置等，设 计出冷却回路。冷却通道之间也可采用内部钻孔法沟通，用堵头使之形成规定 的冷却回路。 冷却回路的水孔数量尽可能多、孔径尽可能大，一般的来说，冷却水孔中 心线与型腔的距离应为冷却通道直径的 12 倍（通常为 12

38、15mm） ，冷却通道 之间的中心距约为水孔直径的 35 倍，通道一般在 8mm 左右以上。 冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与 型腔壁厚不均匀时，应在厚壁处强化冷却。 合理确定冷却水接头位置，进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同 一侧面。为了不影响操作，通常应设在注射机的背面，水管接头多采用自动密 封接头。 综合以上冷却水孔的布置要点同时还要兼顾水道与其它件是否产生干涉， 本次设计的冷却水道采用直通式，不会与其他零件产生干涉，水道中插入铜管 防止漏水。 6 顶出和导向机构的设计 6.1 顶出机构的设计计 6.1.1 顶出机构的分类 顶出机构按驱动形式分为：手

39、动顶出、机动顶出、气动顶出。 按模具结构形式分为：一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。 6.1.2 顶出机构的设计原则 顶出设计的设计原则： （1）设计顶出机构时应尽量使塑件留于动模一侧。 （2）塑件在顶出过程中不发生变形和损坏。 （3）顶出装置均匀分布，顶出力作用在塑件承受力最大的部位。以防变形 和损伤。 （4）顶出机构应平稳顺畅，灵活可靠，足够的强度、耐磨性，平稳顺畅无 卡滞，并且制造方便，易于维修。 6.1.3 顶出机构的基本形式 1.顶杆顶出机构 基本形式：常用断面形状有圆形、矩形、腰形、半圆形、弓形和盘形等。 本设计选用圆形，因为易于加工，容易保证配合精度及互换性，易于更换，滑

40、动阻力最好，不卡滞，应用最广。顶杆的结构形式如图 6.1 所示为一般经常用 的两种顶杆形式。本次设计主要采用第一种圆形，顶杆小端的端面要求抛光以 符合塑件的粗糙度的要求。 图 6.1 顶杆的形式 2.推件板顶出机构 推件板顶出机构是由一块与凹模按一定配合精度相配合的模板和推杆组成 应用在比较有规则的薄壁塑件。 根据本次设计的需要从塑件的结构特点，以及表面粗糙度等多原因考虑， 选择推杆顶出机构作为本次设计的顶出机构，镶嵌在模架的推杆固定板上，并 利用小导柱对顶杆进行导向。 6.2 导向机构的设计 导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，它能够保证注射模具准确的开 合模，并在模具中起定位、导向和承受

41、一定侧压力的作用，导向机构的形式主 要有导柱导向和精定位装置。 6.2.1 导柱和导套的设计 导柱与导套的配合具有导向作用、定位作用、承受一定的侧向压力。导柱 的结构形式：注射模具常用导柱的结构形式有两种：带头导柱和带肩导柱。 导柱的结构形式也可以分为： （1）储油槽导柱：用于小型模具，小型生产。 （2）有储油槽导柱：用于大型模具，大批量生产。有储油槽的导柱结构， 此种导柱加工方便、制造容易，常用于中、小型模具和塑料制件生产批量不大 的场合。 （3）短导柱：用于深型腔注射模具，并于凹凸模的斜面定位联合使用，也 用于大型塑料注射模以增加刚度。 （4）直通式导柱：用于小型模具单件生产。 （5）顶柱

42、式导柱：为增加动模垫板刚度，简化模具结构，兼作顶柱。用于 塑件投影面积大的情况。 由于本设计是小型模具设计，但是是深型腔注射模具，所以采用带头短导 柱，并且带有储油槽。 导套可分为直导套和带头导套。带头导套轴固定容易，而直导套装入模板 后，应有防止被拔出的结构。本设计中导套选为带头的导套，并且带油槽。导 套的形式如图 6.2 所示。 图 6.2 带头导套和直导套 6.2.2 导柱和导套在模板上的布置 导柱和导套在模板上的布置一般遵循以下几点： （1）二导柱（用于小型模具）：合模无方位要求时，二导柱直径相同对称分布， 有方位要求时，二导柱直径不同或直径相同不对称分布。 （2）三导柱：用于中小型模

43、具。 （3）四导柱：用于深腔大型模具，在圆模板上，在矩形模板上。 （4）八导柱：四短（增强导向刚性）四长，用语深腔、薄壁，要求壁厚均匀的 模具。 根据以上要求本设计选择了四导柱。具体布置参看装配图。 6.3 复位机构的设计 复位机构就是在模具闭合时顶出系统的各个顶出元件恢复到原来设定的位 置。如顶杆、顶管、顶块等。但因其端部一般并不直接接触到定模的分型面上， 故模具闭合时并不能驱动它们复位，必须依靠特设的复位机构。 复位机构分为复位杆复位和弹簧复位。 6.3.1 复位杆复位 复位杆复位制造简单，易安装调节，动作稳定可靠，应用广泛。 复位杆的设计要点： （1）位置对称，分布均匀，以保证复位过程中

44、顶板的移动平衡。一般设四 根，均布，同顶杆固定方式。 （2）复位杆对顶杆固定板兼起导向作用，故复位杆间距、跨度尽量大，直 径尽量大。 （3）为避免合模时与定模板发生干扰而合模不严，安装时复位赶应低于动 模分型面 0.25mm。 （4）与动模的配合精度 h7/f7,配合长度尽量大些以保证复位移动的稳定 性。 （5）材料为 t10a，头部淬火硬度 hrc5458。 6.3.2 弹簧复位和顶杆兼作复位 弹簧复位：用于结构简单的小型模具。弹簧弹力应足以使顶出机构复位。 但弹簧易失效，故应尽量选长些并及时更换。 顶杆兼作复位：用于顶杆间距、直径较大并设置在塑件周边的大型塑件的 注射模具。 通过比较，本设

45、计利用弹簧进行推杆的复位。 7 注塑机的选择 7.1 注塑机概述 注塑机的全称应为塑料成型机。注塑机主要由注射装置、合模装置、液压 传动系统、电器控制系统及机架等组成。如图 7.1 所示，工作时模具的动、定 模分别安装于注塑机的动模板和定模板上，由合模机构合模并锁紧，由注射装 置加热、塑化、注射、待融料在模具内冷却定型后由合模机构开模，最后由推 出机构将塑件推出。 图 7.1 注塑机结构 注塑机的工作原理：注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助 螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭 合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注塑成型是一个循环的过 程

46、，每一周期主要包括：定量加料熔融塑化施压注射充模冷却启模取 件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。 注塑机根据塑化方式分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机；按机器的传动方 式又可分为液压式、机械式和液压机械（连杆）式；按操作方式分为自动、 半自动、手动注塑机。其特点如表 7.1 表 7.1 立式卧式直角式 热塑性塑料注塑机 固性塑料注 塑机形 式 容量一般为 3060g柱塞式 3060g 螺杆式 60cm3以 上 100500g 容量一般为 2045g 结 构 特 性 注塑装置一般 为柱塞式、液 压机械式锁模 机构、顶出系 统为机械顶出 注塑装置以螺杆为 主，液压机械式锁 模，顶出系统采用 机械、

47、液压或两者 兼备 除塑化加热 系统外，其 他与热塑性 塑料用螺杆 式注射机相 似 注塑装置与 合模装置的 轴线互相成 垂直排列， 优点介于立 卧两种注塑 机之间 优 点 1.拆装方便 2.安装嵌件、 活动型芯方便 1.开模后，塑件自动落下便于实现 自动化操作 2.塑化能力大、均匀，注射压力大， 注射压力损失小，塑件内应力，定 向性小，可减小变形，开裂倾向 3.螺杆式可采用不同的螺杆，调节 螺杆转数、背压等用来加工不同的 塑料及不同要求的塑件 1.开模后， 塑件自动落 下 2.使用双模， 可以减小循 环周期，提 高生产力 缺 点 1.人工取件 2.注射压力损 失大，加工高 粘度塑料薄壁 塑件时要

48、求成 型压力高，塑 件内应力大， 注射速度均匀， 塑化不均匀 1.装模麻烦，安放嵌件及活动型芯 不便，易发生分解 2.螺杆式加工低粘度塑料，薄壁， 形状复杂塑件时易发生回流，螺杆 不易清洗，贮料清洗不净，易发生 分解 3.柱塞式结构也有立式结构所具有 的特性 1.嵌件、活 动型芯安放 不便，易倾 斜落下 2.有柱塞式 结构的缺点 适 用 范 围 1.易于加工小， 中型及分两次 进行双色注射 加工的塑件 2.柱塞式不宜 加工流动性差， 热敏性、对应 力敏感的塑料 及大面积，薄 壁塑件，宜加 工流动性好的 中小性塑件 1.螺杆式适应加工各种塑料，小型 设备易加工薄壁、精密塑件 2.螺杆式适应于掺和

49、料、有填料， 干着色料的直接加工 3.柱塞式也具有立式注射机中柱塞 式结构具有的加工特点 1.适用加工 小型塑件， 并装有侧浇 口模具 2.适用加工 塑件中心部 位不允许有 浇口痕迹的 平面塑件 7.2 注塑机的选择 本次设计已计算出塑件的总体积为 17.42cm，总质量为 12.8g。根据塑料 制品的体积或质量查有关手册选定 xs-z-30 卧式注射机。 注塑量（cm） 30 模具最大厚度 （mm） 180 螺杆直径（mm） 28 模具最小厚度 （mm） 60 注射压力（mpa） 119 拉杆空间（mm） 235 注射行程（mm） 130 模具定位孔径 （mm） 63.5 锁模力（kn） 2

50、50 喷嘴孔直径（mm） 4 最大成型面积 90 喷嘴球孔径（mm） 12 （cm） 模板最大行程（mm） 160 7.3 注塑机的参数校核 为使注塑成形过程顺利进行，须对以下工艺参数进行校核。 7.3.1 最大注塑量校核 我们通过学习知道注塑机的最大注塑量应大于制件的质量或体积（包括流 道及浇口凝料和飞边） ，通常注塑机的实际注塑量最好为注塑机的最大注塑量的 80%，所以，本次设计选用注塑机最大注塑量应 0.8v机v塑件+v浇 式中：v机注塑机的最大注塑量 cm v塑塑件的体积，cm该产品 v塑件=5.24cm v 浇浇注系统体积，cm该产品 v浇=6.94cm 故 v机（v塑件+v浇）/0

51、.8=（25.24+6.94）/0.8=21.775 cm 在此选顶的注塑机注塑量为 30cm，所以满足本次设计的要求。 7.3.2 注塑压力校核 1塑料熔体流动性好，塑件形状简单，壁厚者所需注射压力一般小于 70mpa。 2塑料熔体粘度较低，塑件形状一般，精度要求一般者，所需注射压力通 常选为 70 至 100 mpa。 3塑料熔体具有中等粘度（ps、pe 等） ，塑件形状一般，有一定精度要求 者，所需注射压力选为 100 至 140 mpa。 4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，尺寸精度要求严格的塑件，所需注射压力约在 140

52、至 180 mpa。 本次的产品设计为开关外壳的塑件，整体结构为小型零件，对粘度的要求 不高，所以本次注射机的注射压力为 119mpa，应能满足此项要求。 7.3.3 锁（合）模力校核 高压塑料熔体充满模腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模 力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。胀模力必须 小于注射机额定锁模力，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，可 选用的型腔压力也不同。型腔压力可根据经验取值，常取型腔压力为 2040mpa，常用塑料品种及塑件复杂程度不同，或精度不同，现在为了方便我 们对锁模力校核，对一些树脂平均压力作简单的比较。 表 71 型腔内树脂

53、平均压力/mpa 树脂名称一般成型重视表面质量的成型 硬质 pvc3040 软质 pvc2535 abs3040 pc4055 pp3040 根据上表，本塑件的材料为 pvc，可选择型腔压力 pc=40mpa，型腔平均压 力 pc=40mpa 决定后，可以按下式校核射机的额定锁模力： c tkp a 式中 注射机额定锁模力； t 塑件和流道系统在分型面上的总投影面积（mm2） ；a 安全系数，通常取 1.11.2 k 本次设计所选注射机 t=250kn； 单个塑件在分型面上的投影面积为 308.742mm2； 流道系统在分型面上的总投影面积为 1392.8mm2； =308.742+308.7

54、42+1392.8=2010.284mm2 a =1.2；k =1.2401062010.28410-6 c kp a =96493.632n=96.5kn t=250kn 70.69kn; 故所选注射机满足此项要求。 7.3.4 模具安装尺寸的校核 模具厚度（闭合高度）必须满足下式： minmaxm hhh 式中：注射机允许的最小模具厚度（mm） ； min h 所设计的模具厚度（mm） ； m h 注射机允许的最大模具厚度（mm） ； max h = 60mm， = 179mm，= 180mm min h m h max h 60179180 所选本次选用的注射机满足此项要求。 7.3.5

55、 开模行程的校核 注射机的最大开模行程必须大于开模取出塑件所需的开模距离。本设计所 选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关，故注塑机的开模行程满足下式: smaxh1+h2+(510)mm 式中：smax注射机最大开模行程，mm h1塑件脱模所需顶出距离，mm h2包括浇注系统在内的塑件高度，mm 本设计的塑件高度 h1=18mm，h2=120mm, 所以 h1+h2+(510)=18+120+10=148mm, smax=160mm106mm 所选注射机满足此项要求。 通过对以上工艺参数的校核，本次设计所选用的注射机满足要求。 8 成型零件的设计 8.1 凹模的设计 凹模：结构形式有整体式、整

56、体嵌入式、镶拼式，由于块关外壳模具采用 一模四腔，塑件形状不太复杂，因此可以采用整体嵌入式凹模，结构简单，安 装方便。 8.2 凸模的设计 凸模：分为主型芯和小型芯，由于凸模的加工比较容易，结构牢固，并且 开关外壳的内形简单，采用整体嵌入式主型芯和几个侧型芯。 8.3 成型零件工作尺寸计算 成型零件工作尺寸计算 （1）凹模的工作尺寸计算 由于塑件的尺寸不均匀，所以应该取最大的尺寸作为计算对象，我们取 48.2-0.8来计算，根据公式 l模具=l塑件(1+k)-(3/4)+ l塑件塑件外形最大尺寸； k塑件的平均收缩率； 塑件的尺寸公差； 模具的制造公差，取塑件尺寸公差的 1/31/6. 所以：

57、l模具=48.2(1+1.8%)-(3/4)0.8+0.3=48.47+0.3 对于塑件高度最大 h=34-0.5尺寸的模具尺寸，因为 h模具=h塑料（1+k）-2/3+ 公式中 h塑料塑件高度方向的最大尺寸。 所以：h模具=34（1+1.8%）-2/30.5+ 0.12=34.28+ 0.12 （2）凸模的工作尺寸计算 对于塑件 48.2+0.8来计算，根据公式 l模具=l塑件(1+k)+(3/4)+ 所以有：l模具= 48.2(1+1.8%)+(3/4) 0.8 +0.3=49.67+0.3 对于塑件 h=340.5尺寸，根据公式 h模具=h塑料（1+k）+2/3+ 所以：h模具=34（1

58、+1.8%）+2/30.5+ 0.12=34.95+ 0.12 在此设计当中，塑件的其他尺寸没有精度要求,则模具型腔可直接按制品有 关尺寸加工制作. 9 侧向分型与抽芯机构的设计 在本模具设计当中，有侧型芯，则必须在塑件脱模前抽出侧型芯。在本章 节中将主要讲述的是侧抽机构的设计。此侧抽机构当中采用斜导柱分型抽芯机 构。它具有结构简单，制造方便，安全可靠的特点。 9.1 抽拔力与抽拔距的计算 一抽拔力 抽出侧向型芯或分离侧向凹模所需的力称为抽拔力。抽拔力的计算用以下 公式： f=pacos(f tg)/（1+fsincos） 式中:p塑件的收缩应力(pa)。 a塑件包围型芯的侧面积()； 2 m

59、 f摩擦系数， 斜导柱的倾斜角， 脱模斜度； f抽拔力(n)； 计算的 f=16800.012 cos15 0.0011/（1+0.007） 4 10 =851n 二抽拔距 将侧向型芯或拼合凹模（滑块）从成型位置抽拔或分开至不妨碍塑件脱模 位置的距离称为抽拔距。一般抽拔距取侧孔深度加 23mm。本塑件侧孔深为 25mm,所以 s=27mm. 完成抽芯距 s 所需的最小开模行程 h 由下式计算： h=sctg (mm) 式中：s抽心距； h斜导柱完成抽芯距所需的开模行程； 斜导柱倾斜角； 将各数值带入计算如下： 最小开模行程 h=27ctg15=100.77mm l4=s/sin=27/sin1

60、5=104.32mm 9.2 斜导柱分型抽芯机构的设计 整体设计图如下图片所示： 图 9.1 侧抽的三维示意图 图 9.2 侧抽的结构示意图 斜导柱的设计： 图 9.3 斜导柱的设计示意图 锁紧块的设计： 图 9.4 锁紧块的设计示意图 10 模具设计总图 10.1 模具动作过程 本套模具采用一次分模机构，模架为两板模形式，其分型面有一个分型面。 在模具注射过程中，熔融物料从注射机喷嘴喷出经由浇口衬套而后流经主流道， 在主流道末端，熔融物料进入分流道，再分流道末端熔融物料经由潜伏式浇口 进入型腔。待熔融物料充满型腔后，注射机停止高压注射，进入保压、冷却阶 段。经过保压、冷却阶段后，型腔中的物料