模具设计大作业

中国地质大学

题目：模具设计大作业

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目录

一、塑件分析

1.塑件的工艺分析

2.塑料的分析

3.塑件注射工艺参数的确定

4.计算塑件的体积和质量

二、模具的结构设计

1.分型面的确定

2.模具型腔数的确定

3.注塑机的选择

4.浇注系统设计

5.排气系统设计

6.模温系统设计

7.脱模机构的设计原则

8.成型零件工作尺寸的计算

三、模具结构草图的绘制

四、设计小结

五、参考文献

一、塑件分析

1.塑件的工艺分析

该塑件为实体，塑件的尺寸不大且结构也较为简单。在塑件

内部分布有通孔。通过对塑件的结构分析，设计出合理的工艺方

案是模具设计的前提。

2.塑料的分析

ABS是由丙烯月青、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种

单体都具有不同特性：丙烯月青有高强度、热稳定性及化学稳定性;

丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度

及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三种单体的聚合

产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯月青的连续相,

另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS的特性主要取决于三种单体

的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大

的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这

些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲

击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特等。

ABS注射成型的主要工艺参数

密度（g/cm3）1.05-1.08

收缩率0.3-0.7

方法油、水、盐

后处理温度(℃)90〜100

时间(h)4

注射机类型螺杆式

螺杆转速（r/min）30-60

喷嘴形式直通式

喷嘴温度（℃）180-190

前200—210

料筒温度（℃）中210—230

后180〜200

模具温度（℃）50-70

注射压力（MPa）70〜90

保压力（MPa）50-70

注射时间

成型时间(S)保压时间15〜30

冷却时间15〜30

成型周期40〜70

ABS的主要成型特点：

(1)可用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表

面涂饰等成型加工方法；

⑵收缩率小可制得精密塑料；

(3)吸湿性较大,成型前应干燥处理；

⑷流动性中等，溢边值0.04mm,溶体粘度强烈依赖于剪切速率,

因此模具设计大都采用浇口形式；

(5)熔融温度较低，熔融温度范围固定，宜采用高料温、高模温

和高注射压力，有利于成型；

(6)浇注系统流动阻力小，注意浇口形式和位置应合理，防止产

生熔接痕或减小熔接痕数量，脱模斜度不宜过小；

⑺要求塑件精度高时，模具温度可控制在50〜60C,要求塑件

光泽和耐热时，应控制在60〜80℃。ABS材料具有超强的易加工

性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击

强度；

ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺

寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

3.塑件注射工艺参数的确定

查找《塑料模设计手册》和参考工厂的实际应用的情况，ABS

的成型工艺参数可作如下选择。试模时，可根据实际的情况做的

调整。

常用国产注射机的技术规范

注塑机型号XS-ZY-250

注射量/cn?250

螺杆直径/mm016

注射压力/Mpa250

注射行程/mm400

注射时间/s6

注射方式螺杆式

锁模力/KN900

最大成型面积/cnf320

模板最大行程/mm300

模具厚度/丽100-300

拉杆空间/mm200*200

模板尺寸/mm200*200

锁模方式液压-机械

喷嘴球径/mmSR16

喷嘴孔径/mm015

4.计算塑件的体积和质量

由于塑件形状不规则，根据对塑件的属性分析，测得其体积

为：

V塑=2.4cm3

浇注系统的体积取塑件的18%,则：

V浇注:2.4X18%=0.43cm3V总=V件+V浇=2.83cm3

因为P=1.03^1.07g/cm3,在此取P=1.05g/c。,所以塑件和

浇注系统的塑料质量m为：

m=PV总=2.83X1.05:2.98g

由V总W80%V注;

即塑件总的注射量小于等于注塑机额定注射量的百分之八十；又

采用一模两腔，故注塑量为2846g。

二、模具的结构设计

1.分型面的确定

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的

接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，

分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑

件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精

度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺

等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几

种方案中优选出较为合理的方案。

2.模具型腔数的确定

确定型腔的方法有：根据锁模力确定、根据最大注射量确定、

根据塑件精度确定和经济性确定等。根据设计说明书的设计要

求、塑件的几何结构特点及尺寸精度要求，本制品采用一模一腔。

型腔侧壁厚度和底板的计算该塑件模具型腔壁结构为组合式圆

形侧壁

（1）型腔壁厚计算

组合式圆形腔侧壁可视为两端开口、仅受均匀内压力的厚壁圆

筒。当型腔受到熔体的高压作用时，其内半径增大，在侧壁与底

板之间产生纵向间隙，间隙过大会导致溢料。

式中P---型腔单位面积熔体压力，50MPa；

u——型腔材料泊松比，碳钢取0.25；

E——型腔材料拉伸弹性模量，钢弹性模量取2.06X10

5MPa；

R——型腔外壁半径；

r——型腔内壁半径；

则壁厚S,由前面的计算与分析可知，型腔内壁半径r=78mni,取

口=0.25,p=50MPa,E=2.06X10"5MPa,［6］=0.05mm,经计算

整理并查表得：型腔壁厚sl=19mm,模套壁厚s2=55mm。

（2）型腔底板厚度计算

h=l.22pr2/［。］=1.22X50X782/160mm=48mm

式中［。］为模具材料许用应力，碳钢材料［。］=160MPao

3.注塑机的选择

注塑机的注射量表示法是指用注塑机的注射容量（单位cm3）

表示注射机的规格，以标准螺杆注射时的80%理论注射量表示

［5］o容易得知，塑件需要的注塑机理论注塑量大于500cm3；由

第三章的推荐注塑压力不能小于500MPao

4.浇注系统设计

浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通

道。因此它应保证熔体迅速顺利有序地充满行腔各处，获取外观

清晰、内在质量优良的塑料件。对浇注系统的具体要求是：

1）模腔的填充迅速有序，并且同时充满各个型腔；

2）热量和压力损失较小，尽可能消耗较少的塑料；

3)能够使型腔顺利排气；

4)冷料不能进入模具型腔；

5)浇注流道凝料容易与塑件制品分离或切除，浇口痕迹对塑料件

外观影响很小。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴

组成。

浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。

(1)主流道的设计：主流道为一圆锥孔，其小端正对注射机的

喷嘴，因喷嘴端为球面，所以主流道小端的外形应为一凹球面。

为了配合紧密，防止溢流，凹球面的半径比喷嘴的球面半径大2

mm〜3mm0

(2)分流道的设计：分流道长度取决于模具型腔的总体布置方

案和浇口位置。从减少输送熔体是压力损失和热量损失的要求去

发，应力求缩短长度。分流道截面尺寸取决于多种因素，其中包

括塑件质量、壁厚、塑料黏度和分流道本身的长度。分流道截面

面积应保证行腔充满并补充因腔内塑件收缩所需的熔体后方可

冷却凝固。因此，分流道的截面直径或厚度应大于塑件的壁厚。

为了便于加工和凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道

截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等。圆形流道

比表面积小，热量损失和流动阻力较小，对于流动性不太好的塑

料或薄壁塑件，通常采用圆形流道，这样可以减小熔体的流动阻

力和热量损失。但是流道应开设在动、定模两个部分，所以对机

械加工精度要求比较高。分流道的截面直径为46mm。

(3)浇口的设计：浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通

道。除了直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是

浇注系统的关键部分。浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和

质量的影响很大。根据本方案的特点以及ABS材料的性能满足，

浇口形式采用侧浇口。侧浇口又称边浇口，浇口一般开始在产品

侧面上，塑料熔体于型腔的上面充模，其截面形状多为长方形，

调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇

口封闭时间。这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件

的形状特征灵活地选择进料位置。

(4)冷料穴设计：冷料穴位于主流道出口一端，对于立、卧式

注塑机用模具，冷料穴位于主分型面的动模一侧，冷料穴是注流

道自然延伸因为立、卧式注塑机所用模流道在定模一侧，模具

打开时，为了将注流道凝料能够拉向动模一侧，并在推出行程中

将它脱出模外，动模一侧应设有拉料杆。应根据脱模机构的不同,

正确选取冷料。

5.排气系统设计

从第三章的分析可以看出，由于塑件本身产生的气穴都分布

在塑件的上表面，即开设的分型面上；又因为该模具型腔结构简

单，属于小型模具。因此可以利用其分型面、同时利用配合间隙

排气。同时还可以利用内抽斜滑块和推杆进行排气。

6.模温系统设计

在注射成形工艺过程中，模具温度直接影响塑件的充模和塑

件的定形，也直接影响注射周期和塑件质量，因此，必须对模具

进行有效冷却，使其温度保持在一定范围内。因ABS要求的模温

为40。。〜70C,不超过80C,故无须设置加热装置。只需要对

其冷却系统进行设计。冷却回路的设计应做到回路系统内流动的

介质充分吸收成形塑件所传导的热量，使模具成形表面的温度稳

定地保持在所需的温度范围内，并且做到使冷却介质的回路系统

内流动畅通，无滞留部位。注塑成型中常用的冷却剂用常温

(25℃)的水作为模具冷却介质，取其出口温度为28℃,并且

冷却水在通道内呈湍流状态。已知模具温度为60℃0模具宽度

为320mm。根据热平衡原理，单位时间内塑料熔体凝固释放的热

量应等于冷却水所带走的热量。

于是有：Qin=Am=AnG(4.1)

式中Qin——塑料传给模具的热量

N------每小时注射次数

G——每次的注射量(Kg)

m——每小时注射的塑料量(Kg)

A——塑料的热焰量之差(KJ/Kg)

取A=400KJ/Kg

设注射周期为60s,则：n=36004-60=60

1

Qin=400X60X1.05X3.835X0.001=96.6KJ・h-

又有Qout=IHwCw(touttin)(4.2)

式中Qout——冷却水每小时从模具携走的热量(KJ/h)

mw------冷却水每小时的用量(kg/h)

C™——冷却水的比热容4.2KJ-Kg-1•℃

tout——模具的出水温度。C

tin——模具的进水温度°C

由热平衡条件：Qout=Qin可得：

niw=AnG/[Cw(touttin)](4.3)

其中，tin为25℃；根据入口与出口温度控制在2〜3℃,取tout

为28℃；

mw=96.64-4.24-(28-25)=7.7kg/h

3

冷却水的体积流量V=mw/60P,求得V^O.12m/mine查《注塑

模具设计手册》得到其对应冷却道直径为20mm0其对应的水道

最低却流速v=l.66m/s,则实取v=2.Om/s。

7.脱模机构的设计原则

(1)推出机构应尽量设置在动模一侧由于推出机构的动作是通

过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推

出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，

开模后使塑件能留在动模一侧。

(2)保证塑件不因推出而变形损坏为了保证塑件在推出过程中

不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附

力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制

品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽量避

免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体

形制件及筒形制件多采用推板推出。从而使塑件受力均匀、不变

形、不损坏。

(3)机构简单动作可靠推出机构应使推出动作可靠、灵活，制

造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过

程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。

(4)良好的塑件外观推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或

隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形

式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。

(5)合模时的正确复位设计推出机构时，还必须考虑合模时机

构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。推出机构的种

类按动力来源可分为手动推出，机动推出，液压气动推出机构。

本塑件模具采用推件板推出机构O

8.成型零件工作尺寸的计算

影响塑件尺寸精度的因素：

1)制造误差模具的最大制造误差：8Z=A2=1/3^1/10A

(其中为制造误差△为塑件公差)

2)成型零件的磨损允许的磨损量：6c=1/2AZ

3)塑件收缩率的波动

收缩率引起的尺寸量：

(T)8S-(Smax-Smin)Ls

②S二(Lm-Ls)/LsxlOO%

由《塑料模具设计手册》可查得：ABS的收缩率S=0.5%

(S一塑料成型收缩率Lm一模具型腔在室温下的尺寸Ls一塑件

在室温下的尺寸)

根据《塑料模具设计手册》可查得塑件上的所有孔的直径和长度

解：(1)型芯径向尺寸计算

塑件长度尺寸24mm塑件一模两件，

校核：8Z+6c+6s<A

已知(公差A=0.64mmAZ=l/36C=1/2Z)

(Sep:平均收缩率Scp=O.009)

①Lnd:(Ls(