注塑模具的设计论文

1/38注塑模具毕业论文设计中文摘要本次毕业设计课题来源于我们日常生活中用得最多的水杯，本文详细记录水杯注塑模具的设计过程。设计过程包括塑件材料、注塑机、分型面等的选择、塑件结构的分析，注塑模具浇注系统、注塑模具成型零件和模体、注塑模具侧抽芯机构、注塑模具顶杆脱模机构、注塑模具温度调节系统等的设计。综合水杯塑件的结构特点，该模具设计采用了直接浇口、顶针脱模的形式。在粗步设计完注塑模具之后还要对注塑机各项参数进行校核，其中包括注塑机的锁模力、注射机的装模厚度、注射压力、注射机最大开模行程等容，校核的目的是保证让注射机可以配合模具顺利地工作。本次设计中让我可以综合应用到以前学习到的专业知识，加深我对注射模具设计原理的理解，设计中除了应用传统的计算方法，我还多次使用AuToCAD、soliworks等软件，简化了设计过程，提高了设计精度和效率。关键词：注塑水杯；浇口；收缩率；脱模AbstractThegraduationdesigntopicoriginatesfromthecupismostcommonlyusedineverydaylife.Thedesignprocessofthispaperrecordscupinjectionmoldindetail.Thedesignprocessincludesplasticmaterialselection,plasticpartsstructureanalysis,injectionmoldingmachineselection,diejointselection,injectionmoldforplasticsinjectionsystemdesign,plasticinjectionmoldingpartsanddiedesign,plasticinjectionmoldsidecorepullingmechanismdesign,plasticinjectionmoldejectionmechanismdesign,plasticinjectionmoldtemperaturecontrolsystemdesign,etc.Comprehensivecupplasticstructureparts,thedesignofthemoldadopttheformofdirectgateanddemoldingthimble.Afterdesigningamold,allparametersofinjectionmoldingsectionischecked.Thecontentsofcheckingincludestheclampingforceofinjectionmoldingmachines,injectionmoldingmachinemoldthickness,injectionpressure,themaximumopeningstrokeetc.Thepurposeofcheckingisinordertoensurethattheinjectionmachinecanbematchedwiththemoldtowork.ThisdesignmakesmecomprehensiveapplicationI'velearnedknowledge,todeepenmyunderstandingoftheprinciplesofthedesignofinjectionmold.Inthedesign,IamnotonlyusethetraditionalcalculationmethodofapplicationbutusethesoftwareofAutoCADandSolidWorkstimes,whichsimplifythedesignprocessandimprovetheprecisionandefficiencyofdesign.Keywords：Plasticcups；gate；shrinkage；Moldrelease目录TOC\h\z\t"1级标题,1,2级标题,2,3级标题,3"第1章前言1第2章塑件的设计22.1塑件材料的选择22.1.1材料的概述与选择22.1.2ABS塑料的性能22.2塑件的结构分析42.2.1塑件的二维图42.2.2塑件的三维图42.2.3塑件的结构分析5第3章模具结构的拟定与运动部件设计63.1确定塑件的排位63.2浇注系统与脱模形式的初步拟定63.3注射机的选用63.3.1注射量的计算63.3.2所需锁模力的计算73.3.3注塑机型号的初步确定73.4模架的选用83.4.1凹模壁厚的计算83.4.2凹模底板厚度的计算93.4.3标准模架的选择93.5模具参数的校核113.5.1最大注射量校核113.5.2锁模力的校核123.5.3注射压力的校核133.5.4模具厚度的校核133.5.5模具的长度和宽度校核133.5.6开模行程的校核133.6抽拔结构的设计143.6.1抽拔结构的作用143.6.2抽拔结构类型的选择和各零部件的设计143.7分型面的选择与浇注系统的设计173.7.1分型面的选择173.7.2浇注系统的设计183.8成形零件工作尺寸的计算193.8.1凹模径向尺寸和深度的计算193.8.2型芯径向尺寸和型芯高度的计算203.9脱模机构的设计213.9.1脱模机构类型的选择223.9.2脱模力的计算223.9.3推出零件尺寸的确定23第4章冷却系统的设计254.1冷却时间的计算254.2冷却介质体积流量的计算264.3冷却管道传热面积的计算26第5章其他零部件的设计285.1排气机构的设计285.2模具导向机构的设计285.3复位杆的设计29总结参考文献致第1章前言近年来，塑料制品在医药、工业、建筑、电器、交通运输、包装等行业得到越来越广泛的应用，是材料工业中发展较快的领域之一。塑料的广泛应用得益于它自身的特点与性能，首先塑料的密度小、质量轻，这使得塑件在与其他金属制品一样体积的情况下，塑件的重量要比金属制品的重量轻很多。第二是塑料的比强度高，能够很大围满足设计需求。当然塑件还有绝缘性好、化学稳定性高、减振与耐磨性能好等优点，这使得塑件在电器设备、生活用品、电子仪表等行业得到空前的发展。经过多年的发展，我国的塑料工业得到了极大的进步，在塑料原料、辅料的生产、塑件的开发设计、塑料的生产设备等方面已步入世界先进行列。但是我们不能否认的是我国目前的塑料工业是以塑料加工为主，生产的产品大部分是附加值较低的低端产品，与外国先进国家相比我们的产品缺乏原创性，技术含量和工艺性等更是远远不能相与，所以我们国的塑料企业应该放眼世界，加大对技术开发、工艺设计等的投资，只有掌握核心先进技术，才能改变我们的产业结构，获得长足的发展。未来塑料的发展必然是朝着低碳节能、无污染的绿色发展道路前进，这也是我国经济可持续发展的重要前提。塑件的大量应用也促进了注塑模具设计与制造的发展。这次毕业设计我选择的分类是注塑成形模具，注塑模具是模具行业非常总要的组成部分，其特点是可以一模多腔，可以大大提高工业效率，而且塑料模具可以成形结构复杂，表面质量要求高的塑件，这使得塑料成形模具在工业生产中应用广泛。注塑成型一般包括四个工艺步骤：首先是填充，填充的时间计算是从模具闭合后开始注射到型腔的95%被填满为止，一般来说，时间越短越好。接着是保压，因为塑料熔体冷却固化时会产生收缩，为了填补因塑料收缩产生的缩小，注射机要对熔体施加压力，第三个步骤是冷却，冷却系统的设计是非常重要的，塑料原料只有冷却固化才能防止因为外力而变形，冷却时间一般占注塑周期的70%到85%，所以好的冷却系统能够缩短生产周期，提高生产效率，降低成本。最后是脱模，脱模是注塑成型的最后一个步骤，脱模的主要两种机构：顶杆顶出机构、推板推出机构，设计时应该根据塑件的实际结构特点选择适合的脱模机构，以保证塑件的质量。第2章塑件的设计2.1塑件材料的选择2.1.1材料的概述与选择塑料的种类很多，按照不同的原则分类也完全不同，最常用的一种分类是将塑料分成热塑性塑料和热固性塑料。热塑性材料的合成树脂是线性的聚合物，它的特点是能够反复多次加热软化和冷却硬化，常见的热塑性材料有：聚乙烯（PE），它是乙烯聚合的结晶型聚合物，最大的特点是熔体流动性能好；聚丙烯（PP），它是由丙烯聚合而成耐热性较好的结晶型聚合物，性能跟聚乙烯非常相近，有抗疲劳的性能特点；聚氯乙烯（PVC），它具有无定行聚合物的特点，熔体热稳定性差；聚苯乙烯（PS），他是透明无色塑料，化学稳定性、耐水性、着色性较好；ABS，ABS是比较重要的的工程材料，它是丙烯腈与苯乙烯工具的无定形塑料，综合力学性能较好，熔体流动性能一般比较容易注射成形。热固性塑料它的特点是只能一次成型，在固化成形后不能成为再次熔融，所以由热固性塑料成形的制件不能重复利用，常见的热固性材料有：酚醛塑料（PF），它是用量最高的热固性塑料，因为酚醛塑料容易成形且刚性良好，但是酚醛塑料耐酸不耐碱、抗冲击能力差；环氧塑料（EF），它是复合材料，有良好的力学性能、绝缘性能、化学阻抗性能，广泛应用于电子器件的塑封；脲醛塑料（UF），它的机体是脲甲醛树脂、填料为纤维素。着色容易，难以燃烧，但是抗冲击能力差。材料的选择是设计过程重要的一个步骤，它影响着注射成形过程与成品质量，需要考虑多种影响因素。首先我们要同步考虑塑件的要实现功能与能够满足其性能的相关材料，材料性能一般包括四方面：加工性能方面、力学性能方面、热性能方面、物理性能方面，然后在众多的材料中粗步选出几种材料作为对比，但是材料的选择我们不能仅仅考虑塑料制品的功能和性能，还要考虑加工生产、经济效益等因素。综合考虑与查阅相关的资料后，最后决定本次塑件选用的ABS塑料。2.1.2ABS塑料的性能ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种成分合成的共聚物，它的三种成分使得ABS具有“硬、韧、刚”的良好力学性能，更重要的是ABS塑料具有无毒的特点，符合水杯的使用要求。ABS塑料是使用非常广泛的工程材料也是由它的众多的优点决定的，ABS塑料的力学性能好、抗腐蚀性强、收缩率小，产品尺寸稳定，精度高、流动性能中等，有利于注射成形、着色性好。当然ABS塑料也有它的缺点，因为它容易吸水，所以在使用前应该先干燥，特别是在制件表面光滑度要求高的情况下，ABS必须要长时间干燥后才能使用；由ABS的特性我们知道，ABS在注射成型时基本不受壁厚和收缩率的影响，但是却容易出现熔接痕，所以在设计模具时要让浇注系统的斜流阻力尽量减小，选好浇口位置。当塑件的精度要求较高时，在加工时应该适当提高模温和料温。用ABS所成形的塑件的主要缺陷为气孔，飞边，缺料，耐热性差，耐气候性差，容易出现熔接痕等，这些缺陷可通过加大流道截面，增大注射压力，提高模具预热温度等措施解决。下面数据是ABS的技术指标和工艺参数：ABS技术指标：密度1.02-1.16g.cm-3比体积0.86-0.98cm.g-1吸水性0.2-0.4%收缩率0.4-0.7%熔点130-160热变形温度90-108抗拉屈服强度830-1030Pa拉伸弹性模强5000Pa弯曲强度180Pa硬度9.7HBSABS注射成形工艺参数：注射机类型：螺杆式螺杆转速：30-60r/min料筒温度：后段150-157中段165-180前段180-200喷嘴温度：170-180预热温度：80-85模具温度：50-80注射压力：70-100Pa注射时间：20-90s高压时间：0-5s冷却时间：20-120s2.2塑件的结构分析2.2.1塑件的二维图图2-1水杯的平面二维图2.2.2塑件的三维图图2-2水杯的三维效果图2.2.3塑件的结构分析水杯的主要功能是用来盛水饮用，所以在强度和粗糙度方面没有很大的要求.ABS塑料的收缩率小，流动性好，注塑成型的塑件精度较好，足以满足对于精度要求不高的水杯，所以设计中我们采用12级低精度。由于水杯侧面存在手柄，为了避免开模时塑件不能顺利取出，型腔采用两个滑块组成，开模时滑块由斜导柱驱动向两侧分开完成开模过程。第3章模具结构的拟定与运动部件设计3.1确定塑件的排位该模具为塑料水杯的成形模具，其把柄利用两个斜滑块成形，利用斜导柱控制斜滑块的开合，因为该模具的滑块占用体积比较大，为了控制模具总体积，该模具设置一个型腔，型腔位置设置在定模板中心。3.2浇注系统与脱模形式的初步拟定考虑到制件的结构特点，该模具可以采用直接浇口的形式，浇口位置设在杯底的中心处。虽然用直接浇口成形的制件在浇口位置会留下较大浇口痕，影响制件的外观，因为该制件为塑料水杯，而杯底对外观的要求不高，所以直接浇口在此仍然适用。本模具采用顶针脱模形式3.3注射机的选用在设计注塑模具时，应该在第一时间确定注射机的型号，确定好注注射机的型后，方可根据所选的注射机的参数对模具的各部件做具体的设计。注射机的型号一般是根据注塑模具对注射量和锁模力的要求来确定的，接下来我们通过计算注射量和锁模力来确定设计所需的注射机。3.3.1注射量的计算要知道所需注射量的大小就要确定制件的体积，本次设计的制件为圆筒型的塑料的水杯，由于水杯手把的存在，我们很难通过直接的计算得到，但我们可以借助soliworks设计软件精确地求的制件的体积。先用soliworks按1:1的比例对水杯进行建模，然后利用soliwoks的评估功能即可得到制件的体积：该模具采用的是一模一腔结构，浇口形式为直接浇口。模具成形时所需的注射量相当于塑件的体积和流道凝料的体积的总和。现在流道凝料的体积无法确定，可当流道凝料的体积为制件体积的0.4倍进行估算。则模具成形制件所需注射量为为了确保成形塑件的质量，所需注射量应该大于注射机的公称注射量的20%且小于注射机的公称注射量的80%。所以所选的注射机的公称注射量应在210cm2-840cm2的围。3.3.2所需锁模力的计算模具模具成形制件时，型腔熔融的塑料的压力会迫使模具从分型面的位置涨开。为了防止模具在工作时被开，注射机必须有相应的锁模力。一般情况下，注射机锁模力的80%应大于涨型力。模具的涨型力的大小等于制件投影在分型面的面积和型腔熔体对模具的平均压力的积。由已知条件计算得制件在分型面上的投影面积为5805.86mm2，查阅相关资料知ABS对模具的平均压力约为35Mpa，则的涨型力的大小为5805.86×35≈203KN，则注射机的锁模力应大于176/0.8=23.3.3注塑机型号的初步确定查阅相关手册，根据上述塑件的体积模具成形时所需的锁模力初选注射机型号为XS-ZY500,其主要技术规格见表3-1表3-1XS-ZY500设备主要技术规格公称注射量/cm3500开模行程/mm500拉杆空间/mm540x440最大装模厚度/mm450注射压力/Mpa145最小装模厚度/mm300注射速度g/s72Q锁模形式肘杆锁模力/KN3500喷嘴孔直径/㎜3模具定位孔直径/mm150喷嘴圆弧半径/mm153.4模架的选用在设计注塑模具时，除了成形制件形状的型芯和型腔必须特别设计外，一般情况下模具的其他零部件均有通用件和标准件可供选用。为了减少模具的加工成本，缩短模具的设计时间，设计人员在设计模具时应尽可能多使用通用件和标准件。因为模具中的型腔和型芯需要特别设计，所以选用的模架尺寸应与型腔和型芯相匹配。所以在选择模架之前要先确定定模板和动模板的尺寸。3.4.1凹模壁厚的计算模具在成形制件时，充满型腔的熔融的塑料会对型腔的壁产生压力，所以凹模应该具有合适的壁厚以适应凹模对强度和刚度的要求。该凹模为组合式圆形凹模，根据凹模壁厚的刚度计算公式可知凹模的壁厚计算如下：（3—1）根据凹模壁厚的强度计算公式可知凹模的壁厚计算如下：（3—2）式中P——型腔熔体的压力（MPa）E——弹性模量，钢材的E取为r——型腔半径（mm）μ——泊松比,钢材的μ取0.25[δ]——模具材料的许用应力，钢材的[δ]取为160MPa（mm）δ——型腔半径的允许增大量（mm）根据塑件的结构尺寸并查阅相关资料得各参数的数值如下:把各参数的值代入公式得：T1=9mmT2=14mm根据所算得的结果得凹模的厚度必须大于14mm。3.4.2凹模底板厚度的计算由底板厚度的刚度公式可知底板厚度为：(3—3)把各参数的值代入公式中算得t=22mm由底板厚度的强度公式可知底板厚度为：(3—4)把各参数的值代入公式得t=8根据上面的计算得模架底板的厚度不能小于22mm3.4.3标准模架的选择该模具采用一模一腔的结构形式，型腔由两个侧滑块组成，而标准模架中的动模板即相当于凹模的底板。其结构示意图如下。为了让模具在工作时更为可靠，同时也为了避免侧滑块与模具导向机构发生干涉，动模板应至少有一个方向的尺寸比侧滑块组合在一起时的尺寸大。根据上述要求选得的模架的各项参数如下：表3—2模架零部件尺寸WLW1W2W3A2303002503815030BCH1H2H4H5408025303015H3W4W5W6W7L12080100154160280L2L3L4L5L6250180254146198图3—1模架俯视图图3—2模架剖面图3.5模具参数的校核上面设计中选择好模架后，为了确保模具能正确地配合注塑机工作，我们有必要在接下来对模具的各项技术参数进行校核。3.5.1最大注射量校核注射机的注射量是指在一个工作周期的生产中注射入模具型腔中的塑料体积或质量。其中包括成形制件所需要的塑料体积和滞留在浇注系统的塑料体积。通常情况下，注射机注射量应该不能超过注射机的理论注射量的80%。校核根据注入型腔的塑料体积对最大注射量进行校核。根据经验我设定留在浇注系统的塑料体积为塑件体积的0.4倍。校核过程如下：式中M注——注射机的理论注射量M塑——注射量m——单个塑件所需的注塑量n——为塑件的个数根据第二章得M为120+0.4×120mm3≈168cm3。因为0.8×500cm3=480cm3.5.2锁模力的校核塑件注塑成形时，熔融塑料进入型腔后会充满模具型腔，并且会对模具型腔各个方向施加较大的压力，其中垂直于模具分型面方向的压力被称为涨型力。涨型力会迫使模具从分型面处涨开。为了抵消涨型力，注射机必须具有合适的锁模力。设计中涨型力必须保证在锁模力的80%之，否则会因为锁模力不够产生溢料或者强制开模现象。涨型力的计算公式为：Fz=APc(3—5)式中Fz——涨型力A——塑件与浇注系统在分型面上投影面积的总面积（mm2）Pc—熔体对模具型腔的平均压力（N）其中不难得到A=5805.86mm2，查阅资料得Pc=35Mpa。代入公式得Fz=5805.86×35N=203205.1N。查资料可知型号为XZ-ZY-2Z的注射机的锁模力是3500KN，因为0.8×3500KN=2800KN＞203KN。故所上面选择注射机的锁模力符合要求。3.5.3注射压力的校核

所谓注射机的注射压力指的是柱塞轴向移动时，其头部对熔体施加的压力。影响注射压力的因素十分复杂，有注射机的类型、塑料的品种、浇注系统的结构、表面粗糙度、模具温度、塑件的厚度等。当塑料的粘度较大或者塑件形状较细薄时，设计人员设计时注射压力应取较大值。由于柱塞式注射机的压力损失比螺杆式大，所以注射压力也应取大些。注射压力不足时可能导致注射成形时熔融塑料不能充满模具型腔进而影响塑件的精度，甚至让塑件在成形时产生缺陷。该设计所选的塑料材料是ABS，由相关资料我们可以知道ABS的流动性比较好，在塑件结构合理的情况下，ABS所需的注射压力为100-140Mpa之间。由第二章得所选注射机的注射压力为104Mpa，所以所选的注射机满足使用要求。3.5.4模具厚度的校核注射机上有最小装模厚度和最大装模厚度，这个对安装在注射机上面的模具的厚度产生限制作用。设计模具时应该根据注射机的最大与最小装模厚度控制模具的厚度，如果模具厚度超过了这个围，那么设计出来的模具将无常在注射机上安装。查资料可知型号为XS-ZY500的注射机最小装模厚度150mm，最大的装模厚度300mm。第三章可知模具的实际厚度H为：H=H1+C+H2+B+A+H4+90=25+80+30+40+30+30+90=325因为300＜225＜450，所以该模具符合注射机的装模厚度要求。3.5.5模具的长度和宽度校核模具的宽度和长度校核就是计算模具的长度和宽度，保证模具的长度和宽度小于注射机的拉杆间距。由第二章得可以知道注射模的拉杆间距为540×440，而模具的长与宽为300×250，所以模具的长宽符合要际要求。3.5.6开模行程的校核注射机开模行程应满足开模时塑件能顺利推出的需要，所以设计时所选择的注射机最大开模行程必须大于开模时塑件被推出距离5到10mm。XS-ZY500型注射机的合模形式为液压-机械式，故该注射机的其最大开模行程由连杆机构的最大冲程决定，与模具厚度无关。则该注射机的开模行程可用下式校核:SH1+H2+(5～10)mm式中S——注射剂的最大开模行程（mm）

H1——塑件推出距离(mm)

H2——塑件高度，包含浇注系统中与塑件相连的凝料的高度(mm)其中H1=40mm，H2=165mm，则H1+H2+（5～10）mm=（210～215）mm。由第二章得S=500mm由上面计算可以得知，该注射机的锁模力，理论注射量，开模行程，拉杆间距，装模厚度，注射压力均满足生产要求，所以所选的注射可以顺利地配合设计的模具工作。3.6抽拔结构的设计3.6.1抽拔结构的作用当制件的侧壁有测孔，扣位，或凹凸等结构时，要想在模具开模后顺利地取出制件，就必须通过滑块，斜顶等结构进行处理，而这些处理影响开模方向的制件的结构被称为抽拔结构。抽拔机构的组成类型很多，有手动的，有用液压驱动或机动的。结构最简单的是手动抽拔机构，但是因为需要额外的劳动力，而且生产效率低。不能用于大批量的生产中。机动结构最复杂，不需人工操作，抽拔力大，灵活方便，生产率高。设计时具体选用那一种组合要视情况而定。3.6.2抽拔结构类型的选择和各零部件的设计（1）抽拔结构类型的选择本次设计中的制件为塑料水杯，因为水杯的侧壁有把手，如果用普通的凸凹模成形塑件，将导致开模后塑件无法取出，所以这里用对称分布的两个滑块组成模具的型腔。开模时滑块在斜导柱的带动下向两侧滑开,滑块的分型面位置设在水杯把手竖直方向的中线处。本次设计的抽拔机构的组成原件包括滑块，导轨，斜导柱，限位块和楔紧块。（2）滑块的设计本次设计中，模具的型腔由两个滑块组成，开模和合模时，两个滑块经由斜导柱的带动而组合和分开，所以滑块上应开设跟斜导柱配合的斜向通孔，而且孔的直径应该比斜导柱的直径大2到3毫米（3）开模后滑块滑动距离的确定基于开模后能顺利取出塑件的需求，设计中开模时滑块滑动距离的基本要必须大于所要成形的塑料杯的的把手宽度的1/2。有soliworks设计软件测得塑件的把手宽度为11mm，所以滑块的滑动距离必须大于5.5mm，为了能更方便地取出塑件，这里设滑块的滑动距离为30mm。则得滑块的结构和尺寸如下图。图7—1滑块的二维图（4）斜导柱的设计斜导柱直径取为20mm，装模后斜导柱与竖直面成20°角，根据滑块的滑动距离可算得斜导柱的与滑块配合部分的长度88mm。设计时常将导柱头加工成锥面或球面，是为了保证模具合模时斜导柱能正确进入滑块导柱孔。斜导柱的结构和尺寸如下图：图3—3斜导二维图（5）楔紧块的设计楔紧块的楔紧斜面应该比滑块的斜面角度大1°，楔紧块的结构和尺寸如下图：图3—4楔紧块结构图（6）限位块的设计限位块的结构与尺寸如下图：图3—5限位块的结构图3.7分型面的选择与浇注系统的设计3.7.1分型面的选择分型面是指模具的定模与动模在闭合时接粗到的部分，在选择分型面应尊循以下原则：（1）模具设计HYPERLINK../../ADMINI~1/AppData/Local/Temp/Rar$EXa0.691/htmls/sentence_detail/256.htm在选择分型面时，要充分考虑选择的分型面是否有利于制件满足其精度的要求（1）分型面的选择应有利于保证塑件的质量。（2）分型面应尽量选在塑件的最大轮廓处，这是为了能让塑件能顺利地从型腔中取出。（3）分型面的选择应便于模具的加工。（4）为了减小模具所需的锁模力，分型面的选择应让塑件投影在分型面上的面积尽可能地小。（5）分型面的选择要有利于排气。该塑件采用的浇口形式为直接浇口，为了方便流道凝料的取出，模具设计采用的是单分型面，分型面的位置设在塑料杯口处。开模后，制件被留在动模一侧，单分型面的特点是可以让模具的结构更加简单，分型更加的简便和可靠。3.7.2浇注系统的设计本套模具的浇口采用直接浇口，所以设计模具的浇注系统其实就是设计模具的主流道主流道一般位于模具模具的中心，为了方便流道凝料的取出，其形状一般为锥形，锥角围为2°～6°。注塑成形时，锥形小直径端口直接与注射机的喷嘴口相接，所以在注塑成形时，主流道为熔融塑料最先流入的通道。要让熔体能够顺利地从注射机的喷嘴口流入浇注系统中，喷嘴口直径应比主流道的小端直径应小1mm。主流道小端口的前面一般设计成半球型的凹坑来配合注射机的喷嘴球，所以注射机喷嘴球的半径要比凹坑的半径小1mm。为了减少熔融塑料流经主流道大端口时的主力，大端口处应采用圆角处理。为了减少压力损失、节省塑料原料，主流道的长度在不影响的情况下应设计得比较短。通常情况下主流道比较容易损坏，在工作时主流道要与高温的熔体接触并且与注射机的喷嘴反复碰撞，因此为了方便主流道的维修与更新，主流道经常设计成独立的衬套。主流道衬套经常利用与定位圈的配合定位，定位圈的外径的公称尺寸与注塑机的定位圈直径一样。综上所述，定位圈与主流道衬套的结构和尺寸如下图：图3—6定位圈与主流道衬套的结构图3.8成形零件工作尺寸的计算通常情况下，模具的型芯与型腔的尺寸计算主要基于塑料的公差带或平均收缩率。因为型芯和凹模的公差带不易确定，所以一般情况下计算型芯和凹模的尺寸都基于平均收缩率。设S1为塑料的最大收缩率，S2为塑料的最小收缩率，则有S=（S1+S2）/23.8.1凹模径向尺寸和深度的计算(1)凹模径向尺寸的计算计算凹模径向尺寸的公式如下：(3—6)式中LM——型腔的径向尺寸（mm）S——塑料的平均收缩率Δ——塑件的尺寸公差（mm）Ls——制品的名义尺寸（mm）查阅相关资料得凹模长度方向各参数的值如下表Ls/mmSΔ/mmδz/mm860.55%1.80.6把各参数的值代入公式得凹模长度方向的径向尺寸为：QUOTE(2)凹模深度的计算凹模深度尺寸的计算公式如下：(3—7)QUOTE式中Hs——制品深度的名义尺寸，其公差为负偏差S——为塑件的平均收缩率Δ——是塑件的尺寸公差（mm）QUOTEδz——凹模深度的公差查阅相关手册得ABS的收缩率为0.4%～0.7%，则QUOTE由工件的零件图得Hs=90mm，查阅相关手册的Δ=1.8mm，一般取把各参数的值代入公式中得：QUOTE3.8.2型芯径向尺寸和型芯高度的计算(1)型芯径向尺寸的计算设型芯径向尺寸LM的计算公式如下：QUOTE(3—8)式中LM——型芯径向名义尺寸LS——制件表面的径向名义尺寸S——塑料的平均收缩率，各参数的值如下表：SLs/mmΔ/mmδz/mm0.55%801.80.6把各参数的值代入公式中的型芯长度方向的径向尺寸为：QUOTE(2)型芯高度尺寸的计算型芯高度尺寸的计算公式为:(3—9)QUOTE查阅相关资料得各参数的值如下：Hs/mmSΔ/mmδz/mm790.55%1.80.6把各参数的值代入公式得:3.9脱模机构的设计在注塑成型的每一次周期循环中，制件必须从注塑模型腔中安全无损取出，最理想的情况是开模后制件由于自身重力的作用自动脱落，但是实际上由于熔融的塑料在模冷却固化时都会产生体积收缩，这就导致固化后的塑件会对型芯产生包紧力，当塑件想从模具推出就必须克服由包紧力产生的摩擦阻力。设计中开模后必须要有特定的机构让塑件和浇注系统安全无损地推出，在注射模中这种机构叫做脱模机构，在脱模的过程中，塑件不能出现变形，变坏、粘模、顶白等现象，这就是脱模机构的设计的重要性。为此设计脱模机构时应该遵循下列原则：（1）保证塑件不变形或者不损坏（2）脱模机构运动灵活准确，有足够的刚度和强度推出塑件（3）脱模后应尽量让塑件留在定模一侧，以便简化模具结构（4）应有相关的复位机构让脱模机构在合模时回复到脱模前的位置。3.9.1脱模机构类型的选择由于制件结构和模具结构的差异，脱模结构的形式也有很多种，各有各的特点。设计脱模机构时应该充分考虑制件的结构特点和功能要求，选择正确的脱模形式。考虑到水杯塑件的实际需求，本设计采用的脱模机构是顶杆顶出机构。顶杆式顶出机构是脱模机构设计中最常见的简单脱模结构，顶杆式脱模机构制造容易、更换方便，而且顶出效果好，能够有效满足实际需求和经济效益。但是顶杆式顶出机构也有缺点，比如顶杆式顶出机构与制件的接触的面积一般比较小，容易因为应力过于集中而使制件变形甚至损坏，因此顶杆式顶出机构不能用于顶出阻力大的制件。顶杆顶出机构的设计要点：（1）顶杆的位置尽量避免影响塑件的表面质量，同时尽量把顶杆位置设在制件的边缘，拐角，侧壁等脱模阻力较大的部位。（2）顶杆要尽量避免设置在非平面的位置上。（3）为了满足推杆的强度要求，推杆的直径不能太细，但也不能太粗。（4）顶出面为斜面时，顶针固定端要磨定位基准面。（5）布置顶针时，要避免顶杆与冷却管道干涉。（6）顶杆的设置要有利于型腔气体的排放。（7）在满足顶出时刚度和强度的要求，顶杆长度宜短不宜长。3.9.2脱模力的计算脱模力就是成型塑件为了完整无损从型腔脱离所需要克服的摩擦阻力，脱模力主要是由型芯与塑件之间的摩擦力，大气压力，粘附力等组成的脱模阻力，推出机构与模具间的摩擦力组成。一般来说后面两项是通过添加修正系数来修正脱模力的，所以脱模阻力的大小主要有上述中的前两项决定。本次设计中的塑件为薄壁制品（t/d≤0.05），而且塑件断面为矩环型断面。则脱模力可用以下公式粗略估算。（3—10）式中S——塑料的平均成形收缩率（%）E——塑料的弹性模量（MPa）L——塑件对型芯的包容长度（mm）α——模具型芯的脱模斜度（°）μ——塑料的泊松比A——盲孔制品型芯在脱模方向上的投影面积（mm2）δ2——矩环形的平均壁厚（mm）K2——无因次系数，K2=1+fsinαcosαf——制品与型芯间的静摩擦系数查阅相关资料得各参数的值如下表：表3—3参数表δ2/mmE/MPaS/%L/mmα°fμKAmm211.4×1030.55410.210.351.00359240把各参数的值代入公式中得:F≈0.997KN3.9.3推出零件尺寸的确定在顶针脱模结构脱模时主要是顶针受力，所以在设计顶针脱模机构时，最关键的是顶针直径的确定。根据压杆稳定公式得顶针直径的公式为：(3—11)式中d——推杆的最小直径（mm）E——钢材的弹性模量（Mpa）n——推杆数目F——脱模力（N）L——推杆的长度（mm）K——安全系数查阅相关资料得各参数的值如下表:KL/mmF/NnE/MPa1.511499742.1×105把各参数的值代入公式得：d=3mm以上算得的是推杆的最小直径，因为推杆属于标准件，所以选用标准推杆尺寸如下：图3—7推杆图为了保证推杆能安全可靠地工作，决定好推杆的尺寸后还应对推杆的强度进行校核。推杆选用45钢加工制成，45钢的许用应力为160Mpa。而推杆所受应力的计算公式如下：(3—12)因为12.7MPa＜160Mpa，所以推杆直径符合使用要求。第4章冷却系统的设计在模具注塑成型过程中，模具的温度的调节是非常重要的，因为它会直接关系到塑件的质量。如果注塑成形时模具的温度过低可能会导致熔融塑料的流动性下降从而影响塑料的的成形性能，最终引起塑件轮廓模糊，表面银丝，表面面暗淡无光，缺陷多，强度低等问题。而如果模具温过高，则会由于塑料成形收缩率增大，塑件在脱模后变形大而且容易产生粘膜和溢料现象。综上所述，在设计注塑模具时，必须要设计一个合理的冷却系统以保证注塑成形时模温能达到模具对模温的要求。4.1冷却时间的计算注塑成形时的冷却时间为型腔被塑料充满到开模取出制件的这一段时间。我们可以根据以下的三个准则判断制件是否已经符合开模条件：（1）制品截面的温度已被冷却到制品所规定的出模温度。（2）塑件最大壁厚部分的温度小于该塑件的热变形温度。（3）对于结晶型材料，最大壁厚的中心层温度达到固溶点，或者结晶度达到某一百分比。具体根据那一条准则计算冷却时间要视情况而定，这里以第一条准则为准，择地冷却时间的计算公式为：t=ln[（）](4—1)式中S——是制品的壁厚（mm），这里的S指的是所要成形的塑料水杯的最大壁厚θm——模具温度（°）a1——塑料的扩散率（mm2/S）θ2——截面平均温度（°）θe——塑料的注射温度（°）。查阅相关的手册确定各参数的值，得参数表如下：表4—1参数表S/mmθm/（°）a1（mm2/S）θ2（°）θe（°）30.082206080把各参数的值代入公式中得：t≈152s设注塑成形时注射机的注射熔融塑料耗时3s，人工取出制件要5s，则制件的成形周期为T=3s+152s+5s=160s。4.2冷却介质体积流量的计算冷却介质流量的计算公式如下：(4—2)查阅相关资料得各参数的值如下表：m（kg/min）θ1（°C）ρ（kg/m3）Q1（kg/min）θ2（°C）C1[kj/(kg.°C)]0.046271034.0QUOTE102204.187把各参数的值代入公式得qv=0.0006m2/min在注射模中，冷却系统主要是通过冷却水在冷却管道中的循环流动将塑料熔体的热量带出模具。而冷却介质冷却效果的好坏，冷却介质在冷却管道中的流动状态是层流还是湍流是关键，距资料表明湍流状态下的冷却介质比层流状态下的冷却效果高十几倍。所以我们在设计冷却管道的直径时，应保证冷却介质是以湍流状态在冷却管道中循环流动。算出qv值后即可根据稳定湍流速度和流量的关系查阅相关手册确定冷却管道的直径。因为这里算得的qv值比较小，据此获得的冷却管道直径太小不利于加工，所以这里把体积流