塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计

引言

塑料是20世纪才发展起来的新材料，也是一门新兴工业。目前，世界上塑

料的体积产量已经大大超过了钢铁，成为当前社会运用的一大类材料。只有快速

地发展塑料加工业，才能把各种性能优良的高分子材料变胜利能各异的塑件产

品，在国明经济各领域充分地发挥作用。随着塑料制品日益广泛的应用，在注塑

成型过程中起着重要作用的模具越来越受到重视。除了塑料制品的表面质量、成

型精度完全由模具确定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具的限制，

所以如何高质量，简明、快捷和规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺

优越性、扩大注塑制品应用的首要问题。在本章中将介绍注塑模具的组成、类型

和设计程序等方面的内容。随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断

增长。近年来，模具工业始终以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的

全部制成分也发生了巨大变更，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私

营也得到了快速发展。

注塑成型工艺及其模具设计是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材

料合成技术的提高、注塑成型设备的革新、成型工艺的成熟而改进，而且随着计

算机技术、快速造型技术、数值模拟、数字化应用技术等在注塑成型加工领域的

渗透而发展。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，我们不难发觉，在机械、

化工、汽车、邮电通信、仪器仪表、文体医卫、军事国防、家电等都具有广泛应

用，且生产的制件具有精度高、困难度高、一样性高、生产率高和消耗低的特点,

有很大的市场需求和广袤的发展前景。

塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计

第一章绪论

1.1我国古代模具技术已达到较为先进的水平

据文选记载模具技术起源于远古中国，从对铸陶技术到青铜器的考古，充分

说明白我国古代采纳模型塑造产品的技术已经达到较先进的水平。

1986年在四川广汉三星堆发掘出两个大型商代祭祀坑，出土了近千件精致

绝纶的宝贵文物。大小各异的青铜人头，神奇怪诞的青铜面具表明：商代的我国

已起先运用模具来成型青铜雕像。特殊是到春秋战国时期，各种农作器具、斗争

武那的制作，使模具技术的运用渐趋成熟。

1998年底，教研工作者经过科学勘探，发觉了秦陵地下宫城军备库陪蕤坑:

从出土的秦剑、被、矛、戈、戟、车马器构件、铸箭头及其它军用装备显示，秦

国青铜兵器的铸制技术、铸制规模及铸后的机械加工技术已达到较为先进的水

平，铸模为秦始皇叱咤风云，一统中国立下了汉马功劳。

1.2中国模具行业现状分析及发展预料

1.2.1模具行业现状

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。

近年来，模具工业始终以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的全部制

成分也发生了巨大变更，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得

到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和快

速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；

中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。

随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们己经越来越相

识到产品质量、成本和新产品的开发实力的重要性。而模具制造是整个链条中最

基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标记

和发展程度的标记之一。

近年很多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发

展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD,并接连起先运用UG、

Pro/Engineer>I_DEAS>EuclidTS等国际通用软件。

以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风

汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外,

很多探讨机构和大专院校开展模具技术的探讨和开发。经过多年的努力，在模具

CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周

期等方面做出了贡献。

例如，吉林高校汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析

KMAS软件，华中理「高校模具技术国家重点试验室开发的注塑模、汽车覆盖件

模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通高校模具CAD国家工程探讨中心开发

的冷冲模和精冲探讨中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥

有不少的用户。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但很多方面与工

业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重

比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；很多先进的模具技术应用不够广泛等

等，致使相当一部分大型、精密、困难和长寿命模具依靠进口。

1.2.2将来冲压模具制造技术发展趋势

模具技术的发展应当为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、

“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：

(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术

模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和

进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培

训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正

使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实

现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。

⑵高速铳削加工

国外近年来发展的高速铳削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的

表面光滑度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高

速铳削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。

目前它已向更高的灵敏化、智能化、集成化方向发展。

(3)模具扫描及数字化系统

高速扫描机和模具扫描系统供应了从模型或实物扫描到加工出期望的模型

所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快

速安装在已有的数控铳床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同

数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程二

模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到胜利应用，信任在“十五”期

间将发挥更大的作用。

(4)电火花铳削加工

电火花铳削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成

型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简洁的管状电极作三维或二维轮廓

加工(像数控铳一样)，因此不再须要制造困难的成型电极，这明显是电火花成形

加工领域的重大发展。国外已有运用这种技术的机床在模具加工中应用。预料这

一技术将得到发展。

(5)提高模具标准化程度

我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件运用覆盖率已

达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。

(6)优质材料及先进表面处理技术

选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得特别必

要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热

处理的发展方向是采纳真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相

沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。

(7)模具研磨抛光将自动化、智能化

模具表面的质量对模具运用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，探

讨自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是

重要的发展趋势。

（8）模具自动加工系统的发展

这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有

随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系

统；有质量监测限制系统。

1.3中国模具行业十一五发展目标和重点

在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具

产品向着更大型、更精密、更困难及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量

的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展;

模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化

方向发展。

1.3.1.将来发展目标

以2005年全国模具产值600亿元为基础，按“d^一五”期间年均增速12%〜

15%及2010-2020年期间年均增速10%左右测算，总量目标为：按年均增速

12%推算，2010年约1000亿元，2020年约2600亿元。按年均增速15%推算,

2010年约1200亿元，2020年约3100亿元0

经过“十一五”努力，使我国模具水平到2010年时进入亚洲先进水平的行

列，再经过10年的努力，2020年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生

产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。2010年时的几项具体目标：

1）模具精度达到±0.001伽；模具生产周期比现在缩短30%左右。

2）机床数控化率和CAD/CAM技术应用率比现在提高1倍。

3）骨干企业基本实现信息化管理，通过IS09000等质量管理体系认证。

4）高水平模具比例要有较大提高。大型、精密、困难等技术含量高的中高档模具

的比例从目前的约30雁高到2010年的40%和2020年的50%以上。

5）国产模具国内市场占有率从目前不足80乐2010年要达到85%以上，2020年要

达到90%以上。

6）模具出口以2010年模具出口10亿美元，2020年模具出口25〜30亿美元为目

标。

7）要扩大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生产。

模具标准件运用覆盖率从目前的约45%提高到2010年的60%,2020年的70%

以上。

8）模具商品化程度从目前的45%左右达到2010年的55%和2020年的65%左右。

1.3.2.主要发展重点：

1）汽车覆盖件模具

冲压模具占模具总量的40%以上。汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括

为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中具有很大的代表

性，模具大都是大中型，结构困难，技术要求高。尤其是为轿车配套的覆盖件模

具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已有肯定技术基础，

己为中档轿车配套，但水平还不高，实力不足，目前满意率只有一半左右。中高

档轿车覆盖件模具主要依靠进口，每年花费儿亿美元。汽车覆盖件模具水平不高,

实力不足，生产周期长已成了汽车发展的瓶颈，极大地影响了车型开发。今后，

中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。争取到2010年时中高档轿车及以下

水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配，2020年时除个别特殊高档的轿车外,

全部汽车覆盖件模具应基本立足国内配套。

2）精密冲压模具

多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，精度要求和寿命要求极

高，主要为电子信息产业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。这两种模具，国

内已有相当基础，并已引进了国外技术设备，个别企业生产的产品已达到世界水

平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多。对于为超大规模

集成电路配套、为引线脚100以上及间隙0.2mm以下的引线框架配套、为精度

5mm以上的精密微型连接件配套、为①1.6mm以下的微型马达铁芯配套及为显像

管和电子枪等配套的精密模具是发展的重中之重。为汽车覆盖件及其他大中型冲

压件配套的大型多工位级进模也应重点发展。

3）大型及精密塑料模具

塑料模具占模具总量近40%,而且这个比例逐在不断上升。塑料模具中为汽

车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，为电子信息产

业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节

水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基

础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进

口几亿美元，“十一五”期间应重点发展。

4）主要模具标准件

目前国内己有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹性

元件等，但质量较差，品种规模较少。这些产品不但国内配套大量须要，出口前

景也很好，应接着大力发展。氮气缸和热流道元件国内至今无正规的专业厂生产,

主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准，并组织规模化生产。

5）其他高技术含量的模具

占模具总量近8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸模技术含量高，难度大。

镁合金压铸模和直空压铸成形模目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性.子

午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术相

结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景。这些高技

术含量的模具在“十一五”期间也应重点发展。

1.4本设计的探讨工作和意义

此次模具设计的塑衅为一盒形件，塑件材料为ABS,无须侧抽芯机构。经分

析・，此模具虽无须侧挂芯机构，但此塑件空较多，型芯图较困难。本模具采纳一

模两件，左右对称布置。

注塑成型模具的工作过程如下：塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热

熔融后，在注塑机的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔,

塑料在模具型腔内固化定型，这就是注塑成型的简洁过程。注塑成型所用的模具

叫注塑模具。注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成型，但近年来也越来越多的

用于热固性塑料成型。注塑成型在塑料制件中占有很大比重，世界塑料成型模具

产量中的约半数以上为注塑模具。近年来发展了一种在注塑成型时在注入塑料熔

体后，马上向制件内部充入惰性气体进行保压的气体协助注塑成型方法及其模

具，它能生产壁厚的和壁厚相差悬殊的注塑制品，能获得更加优良的制品的外观

和性能，同时还能减轻制品的重量，节约原材料。

此次设计介绍了底盒塑件的注塑成型工艺及注塑模具的设计、注塑模具设备

选择、模具材料及热处理等内容.

此次设计具体内容如下：制品工艺性分析；工艺方案分析及成型工艺参数的

确定；设备的初步选择；模具结构设计：成型零件的尺寸计算和刚度、强度校核;

注塑机有关参数的校核；模具装配图的绘制；模具零件图的绘制；编写设计说明

书一篇和外文翻译一篇。

此次设计过程中参考了大量的文献资料，得到了老师与同学的帮助，在此一

并表示感谢。

此次设计涉及较多的专业学问，由于本人水平有限，故存在大量不足之处。

敬请各位老师指责指正。

其次章制品工艺分析

本制品为仪表盖塑料体，带有两空，本不是很困难，但由于公差使得制作

稍有困难。

其塑件的图形如下所示：

图1.塑件图

制品工艺分析：

本制品的原材料为ABS。ABS是三元共聚物，因此兼有三种元素的共同性

能，使其具有“坚韧、质硬、刚性”的材料。ABS树脂具有较高冲击韧性和

力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点。

此外，表面还可镀格，成为塑料涂金属的一种常用材料。吸湿性强，含水量

应小于0.3%,必需充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。

流淌性中等，溢边料0.04nlm左右。料温对物性影响较大、料温过高易分解（分

解温度为250C左右），对要求精度较高塑件模温宜取50〜60C,要求光泽及

耐热型料宜取60〜80C。一般用柱塞式注射机时料温为180〜230℃,注射压

力为100〜140Mpa,螺杆式注射机则取160〜220C,注射压力为60〜lOOMPa。

其熔化温度为210〜280℃,密度为1.03〜1.07。

避开因尖角引起的应力集中，改善流淌充模特性，制品内外表面的交接转折

处都设计成了圆角，且圆角半径为R2—R3。

第三章工艺方案分析及成型工艺参数的确定

3.1工艺方案分析比较及选择

塑料加工的基本方法大致可以分为七大类：E塑成形、传递成形、注塑成形、

挤出成形、吹塑成形、热成形、铸塑成形。依据成形加工方法的不同，可以采纳

多种方法生产制品。下面对两种主要的加工方案做个分析比较.

方案1：采纳注射成形

注射成形是将粉状塑料从注射机料斗送入已加热的料筒，经加热熔融后，受

柱塞或螺杆的推动，熔融塑料通过料筒前端的喷嘴快速注入闭合塑模中，经冷却

（热塑性塑料）定型或加热（热固性塑料）定型后，开启模具取出制品。几乎全

部的热塑性塑料和部分热固性塑料都可以用注射成形。

方窠2：采纳传递成形

传递成形是将肯定量的塑料压塑粉或料坯放到料室中加热熔融，然后用柱塞

（或称压柱）对加料室内塑料熔体加压将料块快速压入已闭合的热型腔内，当熔

体充溢型腔后，再经适当保压和固化，即可取出制品.热固性塑料和热塑性塑料

都可以采纳传递成形方法成形制品。

方案3：采纳压塑成形

压塑成形是塑料在一型腔中，通过加压且通常须要加热的成形方法。热固性

塑料和热塑性塑料都，以用压塑成形，但主要用于热固性塑料。压塑成形的主要

优点是运用的设备和模具比较简洁；适用于流淌性较差的塑料；可模压较大和较

厚的制品；制件收缩率小；各向性能比较匀称。它的主要缺点是生产周期长、效

率低；劳动强度大，尤其是移动式模具；制品常有较厚的溢边，不能模压要求尺

寸精度精确性较高的制品。

采纳方案3,由于热塑性塑料模压时模具须要交替加热与冷却，生产周期长,

效率低，不适合于大批量生产制品。采纳方案2成形制品时由于热塑性塑料的固

化时间长，生产周期长，也不适应生产该制品.，方案2、3两种成形方法相比，

注射成形具有成形周期短，能一次成形外形困难、尺寸精确的制品，生产效率高,

易于自动化；注塑机为单机操作，更换原料及模具均很便利，是•种经济高效的

成形方法。

由此可见，方案1是成形制品的最好方案。

3.2成型工艺参数的确定

注塑过程包括加料、加压、塑化、注射、保压冷却和脱模等几个步骤，其中

最重要的是塑化、注射和模塑三个阶段。ABS塑料成型工艺参数如表1所示。

表1.ABS成型工艺参数

前段180〜220

料筒温度/°C中段165〜180

后段150〜170

注射时间20〜90

保压时间0〜5

成形时间/s

冷却时间20〜120

成型周期50〜220

喷嘴温度/°C170—180

模具温度/°C50〜80

注射压力/MPa60〜100

后处理/温度(℃)70

后处理/温度(℃)70

第四章设备的初步选择

4.1注塑所需体积计算

图2.塑件图

由上图，计算注塑所需体积：

%件二(100x80—94x65)x4+194x30—2x3.14x(当)2]X3+2X94X36X3=35U8，W%3

3

%主塑=35118x160%=56188.8W=56.1888cm

v注一成型塑件及浇注系统所需注射总体积

由0.8C2V注

C-注射机最大注射，cm3；

V注一成型塑件及浇注系统所需注射总体积

则，C270.236c/

4.2锁模力的计算

流道凝料（包括浇口）在分型面上的的投影面积42,在此时还是个未知数，依据

阅历公式：为每个塑件在分型面上的投影面积），用进行估

算：

A=+A=1.35Aj=1.35X（100X80-2X3.14XS2）mm2=10257.408nvn2

查塑件所需的注射压力100-130Mpa,而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%,

因塑件为薄壁塑件，且浇口为点浇口，其压力损失比较大，所以取大一些，则

Fm=（“A+&）%=10257.408x4ON=410296.32N=410.296KN

其中A——塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mW）；

4一一单个塑件在分型面上的投影面积（硒2）.

Az一—流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mnf）；

%一一模具所需的锁模力（N）；

与一一塑料熔体对型控的平均压力（MPa）。

4.3型腔数目的确定

影响型腔数目的重要因素有：注射机的锁模力；注射机的注射量；制品精度以及

经济性等。以机床的注射实力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的

80%o依据塑件精度考虑，一般多型腔时制造精度低，塑件精度也低。依据塑件

形态及进料口位置考虑，选用单型腔模。依据塑件产量考虑，对试制或小批量塑

件宜实行单型腔或少型腔。

综上所述，本模具设计为一模二件。

4.4设备的选择

经计算，制品与流道中塑料的总体积约为56cm3,由于每次注射量不超过注射机

最大注射量的80%,注塑机注射量必需大于70.236cm3。

本模具为一模两件，兀由所需的塑料体积确定注塑机的型号。

综合考虑制品的外形尺寸、注射时所需压力等状况，可初步选用型号为

SZ100/630的注射机。该型号注射机基本参数如表2所示：

表2.卧式注塑机(SZ1OO内30)

结构形式卧式

理论注射容量/cm3105

螺杆直径/mm35

注射压力/MPa164.5

拉杆内向距/mm370*320

锁模力/K\630

最大开模行程/mm270

最大模具厚度/田田300

最小模具厚度/mm150

喷嘴球半径/mm15

移模行程/nun270

塑化实力/nun11.8

注射速率/(g/s)80

喷嘴孔直径/mm①4

定位孔直径/mm125

第五章模具结构设计

注射模由动模和定模两部分组成。动模安装在注射机的移动工作台面上，定

模安装在注射机的固定工作台面上。动模与定模闭合后已塑化的塑料通过浇注系

统注入到模具型腔中冷却、固化与定型。

依据制品结构特点可初步确定，要设计的模具由七大系统组成：1、成形零

部件；2、浇注系统；3、导向与定位机构；4、脱模机构；5、温度调整系统；6、

排气系统。下面分别就上述部分进行设计。

5.1分型面、排气方式的确定

5.1.1.分型面的选择

选择分型面时，应当尽量考虑选择在制品的最大截面处，并使制品留在动模

一侧以便于脱模，还要有利于简化模具结构和便于排气。

同时、还应考虑以下几种因素：分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面

或带圆弧的转角处；取分型面时最好把要求同心的部分放在模具分型面的同一

侧；有侧孔的制件，当采纳自动侧向分型抽芯时，分型面应考虑将抽芯或分型距

离长的一边放在动定模开模方向。

通过综合考虑，选择制品的下表面作为分型面，详见装配图。

5.1.2.排气方式的确定

当塑料熔体注入型腔时，假如型腔内原有气体、蒸汽等不能顺当地排出，将

在制品上形成气孔、银丝、表面轮廓不清，型腔不能完全充溢等弊病，同时还会

因气体压缩而产生高温，引起流淌前沿物料温度过高，黏度下降，简洁从分型面

溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。

该制品的尺寸不大，精度要求一般，可干脆利用分型面的微小间隙排气，同

时也能利用推杆与孔的间隙排气，而不必再开设特地的排气槽。为了增加分型面

的排气效果，可增加分型面的粗糙度，并使加工的刀痕或磨削痕顺着排气方式。

5.2浇注系统设计

浇注系统是引导塑料从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压

和传热的功能，对制品质量影响很大。模具为一模两件，其浇注系统由主流道、

分流道组成。

主流道与喷嘴接触处多作成半球形的凹坑，二者应紧密地协作，避开高压塑

料熔体溢出，凹坑球半径应当比喷嘴球头半径大1〜2mm。主流道小端直径应比

注塑机喷嘴孔径约大0.常取由4~8nini,视制品大小及补料要求而定。

大端的锥角不宜太大，一般取2。〜6。。

由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道

衬套，选用优质钢材制作并经热处理提高硬度。主流道衬套要求承受交变力，其

外圆盘直径不能太大，以避开肩部弯矩过大，协作段的直径不宜过大，以免注入

模具内的塑料产生过大的反压力，使主流道衬套后退，甚至将连接螺钉拉短。台

阶转角应大些，以免淬火开裂或应力集中。为补偿在注塑机喷嘴冲击力作用下主

流道衬套变形，可以将它的长度设计得比模板厚度短0.02nmI。

如下图所示：

图3.浇口套

主流道小径:d=dl+l=5

凹坑半径:R=r+2=17

主流道大径:D=d+2LXtaga/2=5+2*50*tan4°/2=8.5

dl一注射机喷嘴孔直径

r一注射机喷嘴球头半经

a一流道锥度，a=4°

主流道与注塑机喷嘴在同一轴线上，物料在主流道中不变更方向。由于采纳

的是卧式注塑机，因此主流道应垂直于分型面。为了便于流道凝料的拔出，主流

道设计成具有4°锥角，内壁有Ra0.8〃m的粗糙度。因为主流道较长，为避开

在模板间的拼缝处溢料，以致主流道凝料无法脱出，必需采纳浇口套。浇口套与

定位圈分开加工，用螺钉将定位圈和定模座板联接，以防止浇口套受到塑料熔体

的反压力而脱出。

5.3成形零件结构设计

注射模具的成形零件是指构成型腔的模具零件，型腔、型芯。型腔用以形成

制品的外表面，型芯用以形成成品的内表面。为便于机加工和热处理，型腔、型

芯都采纳整体式型腔和整体式型芯。型腔、型芯分别采纳螺钉进行联接固定。

5.4导向和定位机构设计

塑料模闭合时为俣证型腔形态和尺寸的正确性，应按肯定的方向和位置合

模，所以必需设有导向定位机构，即在模具型腔四周设有四对协作的导柱和导套。

导向机构主要有导向、定位作用。采纳带有台阶的直导柱，直径取25nlm。导柱

安装段与模板间采纳H7/m6协作，导套与导柱间采纳动协作H7/f6。导柱应具有

硬而耐磨的表面，选用T10A钢渗碳处理HRC53〜58。导柱与模板间用轴肩和垫

板联接。由于本制件对称，故导柱位置的布置方式采纳四根直径相同的导柱对称

布置。导套内孔与导柱之间为动协作H7/f6,外表面与模板孔采纳H7/m6协作。

导套材料采纳T10A热处理HRC53〜58。

为了便于模具在注射机安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔的精确定位,

应在定模上安装定位圈，用于与注射机定位孔匹配。采纳H7/m6的协作，定位圈

除完成浇口套与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模内滑出。依据所选

用的SZ100/630型注塑机，本副模具采纳的定位圈的直径为。125nm1。

5.5脱模机构设计

为了保证制品正确无误地从模具的型芯上脱出，模具必需设置脱模机构。脱

模机构的设计应遵循以下原则：

1、尽可能使制品留在动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置.，完成脱模动

作。

2.产品不能因为顶出而变形或损伤。

3、结构合理牢靠，运动敏捷，制造便利，更换简洁，推杆具有足够的强度和刚

度。

4.机构尽量简洁牢靠，易加工。

5.脱模行程要合理。

综合考虑以上原则，该副模具采纳简洁脱模机构即可顺当取出制品。该脱模

机构由以下零件组成：推杆、推杆固定板及推杆垫板。由于制品为方形薄壁塑件,

故采纳推杆推出结构，以保证其顺当推出，并不?员伤其外观。

5.6温度调整系统设计

模具型腔壁的温度凹凸及其匀称性对成型速率和制品的质量影响很大，为了

调整型腔的温度，需在模具内开设冷却系统，设置冷却水通道。在型芯和型控的

四周匀称地布置冷却水道。采纳并流冷却，加强浇口处的冷却。尽量降低入水与

出水的温度。

第六章成型零件的尺寸计算和强度、刚度校核

6.1成形零件的工作尺寸计算

工作尺寸是指成形零件中与塑料熔体接触并确定制品几何形态的尺寸。按平均收

缩率计算型芯、型腔查得公式如表3所示：

表3.(单位mm)

尺寸类型计算公式x值

0.65

&

Lml=[(1+s)3xA]0

0.70

0.75

型腔径向尺寸&

Lm2=[(l+5)Ls\-xA]；

0.70

Lm=[(l+s)*M竹0.70

*=[Q+s)Li+xA匕0.65

L-Kl+s)L+xA也0.70

型芯径向尺寸

4〃=[(1+5。)4)+必]二0.65

0.70

1m=[(l+s)ls+xA匕

型腔深度尺寸Hm=Kl+s)hrA『0.65

型芯高度尺寸h”=[(1+s)h$+xA),0.70

表中一凹模径向名义尺寸；

①一ABS平均成形收缩率,取卬=(0.004+0.007)/2=0.0055；

dO一制品的名义尺寸；

A—制件公差；

x一修正系数；

品一模具制造公差；

〃，一型芯径向名义尺寸；

DO—制件的名义尺寸；

兄，一型腔深度名义尺寸；

K一型芯高度名义尺寸；

hO-制件高度名义尺寸；

依据上述公式求成型零件工作尺寸。

模具制造公差为PHI级，制件公差为MT5级(前文已叙述)

6.1.1,型腔的工作尺寸计算：

型腔径向尺寸(1)

06006

Lm}=[(1+s)Lsi-必十=[(1+().55%)xICO-0.65x0.30]f=1(X).355J

&006006

Lm2=[(1+5)Lv2-xA]；=[(1+0.55%)x80-0.75x0.03]f=80418f

型腔径向尺寸(2)

Lrn、=[(l+s)“i-必*=[(1+0.55%)x94-0.65x0.0501=94.485^006

004

hn2=[(1+S)LS2-必];应=[(1+0.55%)x65-0.70x0.02]^=65.344：期

型腔径向尺寸(3)

Lm=[(1+s)Ls-xA]；&=[(1+0.55%)x30-0.70xO.O2],004=30.15中期

型腔深度尺寸

06

Hm=[(1+s)h—必犷=[(1+0.55%)x35-0.65xO.O3]-=35.173『啦

6.1.2.型芯的工作尺寸计算：

型芯径向尺寸(1)

[m]=[(l+s)I+X△匕=[(1+0.55%)X94+0.65x0.05]%01=94.842^001

L=[(1+s)1s2+X△图=[(1+0.55%)X65+0.70x0.02心0m=65.498^

型芯径向尺寸（2）

4〃=[(1+So)虑+必匿=[(1+0.55%)X16+0.65x0.30]"0.06=16.283%,06

型芯径向尺寸(3)

Im=[Q+S)ls+XA]&=[(1+0.55%)X30+0.70xO.O212o(XM=30.179200m

型芯高度尺寸

h“=[(l+s)hs+x△上应=[(1+0.55%)x32+0.70xO.O3]^o()6=32.155^0.()06

6.2刚度和强度的校核

在该成形零件中型腔和动模垫板是构成型腔的主要受力构件，强度不够会使

模具发生塑性变形甚至裂开，而刚度不足则会使模具过大的弹性变形，造成熔体

溢料的弊病，因此须要对它们的刚度和强度进行校核。该模具采纳整体式型腔，

零件壁薄尺寸较小，其强度和刚度足够。

第七章注塑机有关参数的校核

进行模具设计时，为保证注射模能在指定的注射机上能够正常进行工作，应

对注塑机的相关参数进行校核。

7.1开模行程的校核

注射机取出制件所需的开模距离必需小于注塑机的最大开模距离。模具属于

单分型面模具，因此开模行程可按下式校核，即

S2"|+乩+5~10(mm)

式中区一塑件脱模距离(mm)

凡一塑件脱模高度(mm),包括浇注系统在内

S—注塑机最大开模行程(mm)

5〜10—为保证取出塑件而增设的余量。

查相关数据可知，52q+也+5〜io,注塑机的最大开模行程能够满意要求。

7.2安装参数的校核

为了使注射模具能顺当地安装在注射机上并生产出合格的制品，在设计模具

时必需校核注射机上与模具安装有关的尺寸。

7.2.1.定位圈尺寸

为了使模具主流道的中心线与注射机的喷嘴的中心线重合，模具定模板上凸

出的定位圈应与注射机固定板上的定位孔呈较松动的间隙协作。

7.2.2.最大与最小模厚

模具的总厚度应位于注射机可安装模具的最大模厚与最小模厚之间，即

"min(也、＜凡皿

式中“min—最小模厚(mm)

"”一模具实际厚度(mm)

“max—最大模厚(mm)

由前述可知道，模厚””=250mm,又查相关数据可知，^max=300mm,H'n'n=200mm,

"mm"""max,能满意运用要求。

7.2.3,喷嘴尺寸

主流道始端的球面半径应比注射机喷嘴头部的球面半径大1-2mm,即

&=4+2加）

式中与一喷嘴头部的球面半径（mm）

Rz—主流道始端的球面半径

由前述可知，“2=1701111,查有关数据可知，R|=15nim,=+2=17mm,所

选用的注塑机能满意运用要求。

通过上面对注射压力、开模行程、安装参数的校核，可知，所选用的

SZ100/630型注塑机完全能满意成形制品的要求。

第八章模具选材和加工制造

模具选材，主要是对模具中的成型零、部件即型腔和型芯的选材，它们1勺材

质优劣，是确定一副模具的质量、寿命、加工和成本的确定性因素，也就干脆确

定了塑料制品的尺寸精度和表面粗糙度。用作注射成形零件的钢材，应具备如下

性能：机械加工性能良好；抛光性能良好；耐磨性和抗疲惫性能好；具有耐腐蚀

性。

综合考虑上述性能要求和模具的经济性，型腔、型芯采纳Crl2o为降低成

本，模具中受力不大、形态简洁的固定板、模板采纳45钢。模具中的导柱、导

套、浇口套要求硬度高，耐磨性好，因此选用碳素工具钢TIOAo定位环、顶杆

采纳T10A,支架采纳45钢。模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一。

模具精度与模具的加工方法亲密相关。一般协作面要求达到各类板

的上下表面由于平面易于加工，并为了保持平行度，一般采纳Ra0.8"m,模具

型芯的形态比较困难，尺寸精度要求教高，表面粗糙度最少要求达到Ra0.8〃m。

第九章试模

试模是依据塑料制品设计制造的模具在相应的注塑机上实际注塑检验的过

程。它是模具制造过程中必不行少的一道重要工序。通过试模要达到三个目的：

1）验证模具所供应的制品能否达到设计质量要求，检验模具的生产好用性；

2）找出模具自身仍存在的问题并予以修正，使模具得以进一步完善；

3）寻求模具投入正常生产的最佳工艺参数。试模为模具最终验收供应了最重要的

依据。

试模过程主要包括三个方面。

1.模具安装：

模具安装主要遵循两个原则：第一要留意操作者的平安；其次要确保模具和

设备在调试中不受损坏。模具安装包括预检、装模、紧固、校正顶杆顶出距离，

调整闭模松紧度和接通冷却水管等。模具安装流程如下：

1）预检在模具装上注射机以前，依据图纸对其进行全面细致检查。

2）装模模具吊装时留意平安.

3）紧固当模具定位圈压入注射机上固定模板的定位圈孔后，用极慢的速度闭

模，然后上紧压板。每边压板为块。

4）调整顶杆顶出距离模具压稳后，渐渐开模，直到动模停止后退，然后调整顶

杆位置。

5）闭模松紧度的调整为了防止塑件溢边，又保证型腔适当排气，装模时闭模松

紧

度调整很重要。

6）接通冷却水管。

2.试模：

1）试模前，对设备的油路、水路以及电路等进行检查，并规定保养设备，作好开

机打算。

2）依据试模用原材料尽量与制品一样的原则，试模材料用ABS塑料。

3）在起先试模时选择低压、低温、中速成型。然后按压力、速率、温度这样的先

后依次变动。

3.试模结论

通过试模不仅要找出模具中存在的不合理问题，并予以修正使模具得意完

善、而且要探究出最合理的工艺参数，为日后正常生产供应条件。因此，要对试

模过程中的每一步内容进行具体记录，以便在试模结束后，得出总体结论，为下

一步模具验收供应依据。

参考文献

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[15]王德文.模具好用技术200例[M].北京：冶金工业出版社.1990

谢辞

经过半年的劳碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕

业设计，由于阅历的匮乏，难免有很多考虑不周全的地方，假如没有王老师的督

促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是不可思议的。

在这里首先要感谢我的老师。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个

阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，到具体设计，画装配草图等整个过

程中，他都赐予了我悉心的指导。我的设计较为困难烦琐，但是老师们仍旧细心

地订正图纸中的错误。除了钦佩老师们的专业水平外，他们的治学严谨和科学探

讨的精神也是我恒久学习的榜样，并将主动影响我今后的学习和工作。

然后还要感谢高校四年来全部的老师，为我们打下机械专业学问的基础；同

时还要感谢全部的同学们，正是因为有了你们的支持和激励。此次毕业设计才会

顺当完成。假如没有你们的大力帮助，想完成这个毕业设计真的是很困难的。

最终感谢南华高校四年来对我的大力栽培。能在本次毕业设计中得到大家如

此多的帮助，是设计工作能顺当完成的重要缘由。在此再次对大家的热心支持表

示诚心的感谢。

马仕绪

2009年5月23日

附件：（英译汉）

中文译文：

土耳其J引擎环保科技

25（2001）315-319

探讨理事会

用作注塑成型的氧化错基陶瓷的匀称原料的制备

户瑟寅斯.索伊坎，耶尔马兹卡瑞卡斯

撒卡里亚高校冶金和材料工程系，易森特皮，

54187,阿达帕啥-土耳其

1999年9月4日收

到

摘要：在这项探讨中，一种新的制备注塑成型的氧化钻陶瓷的匀称原料的方

法被发觉并作出了具体的说明。混合匀称性可以通过测量在成型和为几个从不同

批次中拿出的管样品部分脱脂而减轻体重后的绿色密度来也许估计得到。粮食结

构的一烧结标本是探讨用扫描电镜为包装的陶瓷颗粒。

关键词：原料；混合；注射成型；氧化偌

导言：

陶瓷注射成型（CIM）作为一个制造过程中形成的困难和近净形部件在过去

的20年前就已经出现。在这个过程中，高浓度的陶瓷粉末与粘结剂混合形成一个

温柔的粘度原料。塑造原料在那种特别相像于以前所用的聚合物注射成型的设备

中成型。成型后，粘结剂从组成物中摘除。然后该粘结块加热到烧结温度，以使

产品达到最终的高密度。此成型过程是适用于范围广泛的建立和新兴材料，可以

用来获得竞争的最终优势（商务部长埃文斯，1996年）。

该陶瓷注射成型的加工步骤已有案可稽（木瓷肃地，1995年）不过，有关原

料制备详情的资料很少。在选择了一个合适的粉末和粘结剂系统之后，对于陶瓷

注射成型,首先处理的步骤将他们混合来打算一个适当的原料成型和随后的处理

（德国，1991年）°粉末含量高的匀称原料要求在去除粘结剂和烧结之后收缩

很少。原料应具有与一个特别薄层粘结剂分别的粒子。要做到这一点，粉末团聚

要分散在粘结剂里（道琼工业指数，1988年）。两种混合粘结剂与陶瓷粉末的

方法已开发（卫浮，1970年和德国，1990年）。其一，陶瓷粉末在一个特定的

热点，再加上有机粘结剂混合调均达到一样的高温。在其次种混合法中，有机粘

结剂是溶解在一个合适的溶剂中和由此产生的解决方案是将其与陶瓷粉末在球

磨机，或叶片式混合器中混合。然后溶剂通过在溶剂的沸点以上温度加热混合物

一足够的时间后从混合物中分开。在本探讨的目的是为了运用第一种方法打算好

有细密纹理的晶氧化铅陶瓷的匀称原料。

试验

材料：

在本探讨中，氧化倍-氧化镁（8%）系统获选。用于本探讨的粉体是高端氧

化错，和自然水菱镁矿（Mg-HC）作为氧化镁的来源。用JcolJSM6400扫描电子

显微镜（SEM）视察到了粉末的粒子形态。一犁刀式LS130颗粒大小分析仪被用来

测量粉末粒子的粒径分布。构成粘结剂系统的混合石蜡作为主要粘结剂和油酸作

为表面活性剂。这粘结剂系统获选由于其熔化温度低，粘度低，易于削减约束力

的进程。石蜡：油酸的比例按重量计算维持在一个接近95:5的值。每个组成部分

的作用和性能的摘要列于表1。

原料制备：

对经过多种打算原料的方法进行了调查，如图1所示的混合程序获得通过。

首先，氧化结和Mg-HC粉末在室温下机械混合30分钟，然后粉末混合物干燥，以

消退湿度然后移入一电炉在200。（：保温30分钟。同时，石蜡在80汽溶化在一个西

格玛搅拌器（桑托斯公司，西班牙）中而油酸是补充。该混合粉末渐渐添加到聚

合物熔体混合60分钟，形成匀称混合物。在形成真空后，粉末加聚合物的混合物

凝固而最终形成颗粒小件,如图2所示。

表1.粉体和有机材料的角色和性质

材料作用来源熔点箕）

氧化错陶瓷粉末瑟皮瑞，法国

FeedstockPellets

Figure1.Flowdiagramforpreparingthefeedstock

成型：

典型的原料含有40%的陶瓷粉末和60%的粘结相。这些原料用五十O吨急进

型注塑机（弗罗林，一个货币公司，英格兰316）来注射成型，使他们在一端封

闭的氧化错管里结束成型。管外径六亳米，内径4亳米，长度50亳米。

图2.粉末颗粒原料加聚合物的混合物

密度和重量损失测量：

一般，指数可用于量化混合程度，基于标准偏差或从混合物中现场抽取的样

本在时间间隔上的差异。为此，样本的密度和重量损失须进行测量。一个基于阿

基米德原则的汞位移法是用于密度测量和对结果与计算值进行比较。密度一样性

是用来衡量均质性原料。原料的匀称性还可以从样品部分脱脂重量损耗测量后做

出宏观的评估。此测试，样本嵌入一个铜框的小02粉体，一起被放进一炉在130K

保温5小时。在这个过程中，部分脱脂与芯吸机制毛细管行动同时发生。在测试

的最终，样本被重新权衡去确定目前每一次粘结剂的数额。从原料混合物中计算

偏离原来的粘结剂数额，以确定同质性的程度。

结果与探讨：

扫描电镜探讨，结果发觉，氧化错颗粒呈球形和Mg-HC颗粒呈鳞片型，如图3

所示。粉末尺寸的大小分布如图4所示。氧化钻的平均粒径为1.3米，并不包含任

何团聚。Mg-HC载弱团聚（10-17米）和其平均粒径约为1.5米。依据探讨结果，

这些粉末是适合注塑成型的过程的。

a)

b)

图3.粉末的扫描电镜扫描，a)氧化错和b)Mg-HC

绿色密度结果:

用此方法打算原料很简洁在120。（：左右运用冷模具注射胜利。在成型温度下

原料的粘度是足够的。设置时间20秒，足可让该管无失真和坚持从模具中退出。

从不同批次所得的绿色密度列在表2。全部批次中的值特别相像由于混合原料。

理论和测量样品的密度的最大差异小于3%。这表明，粘结剂和陶瓷颗粒基本上

是匀称混合。

微分重量分布（％）

a）

微分重量分布（％）

b)

图4.粉末的颗粒大小分布，a）氧化错和b）Mg-HC

表2.原料的密度测量结果为所提出的混合40v/o的陶瓷粉末

批次号样品号绿色密度理论密度密度差

(g/cm3)(g/cm3)(%)

12.780

22.751.08

132.752.781.08

42.760)2

52.7()2Kx

12.751.08

22.711.44

232.782.780

-12.770.36

2.712.52

12.731.80

22.770.36

332.702.782.88

-12.751.08

•V

2.760.72

减重结果：

部分脱脂结果列在表3o全部分批的值表明，一个统一的粘结剂分布的规模

大小被检查出，即，二克的管。该脱脂速率为减轻的体重除以为三批在有限的

范围内初始粘结剂的内容的样本变更量。最大的差异，在全部分批的脱脂率小于

1%和进行分批来自不同样本的价值相互接近。这是混合匀称结果。

微观结构评价：

粘结剂已被完全折掉和在1750。（：烧结，保温5小时的一个扫描电镜的标本显

示在图5o此镜揭示了在晶粒结构和晶粒尺寸方面陶瓷粒子的统一包装条款。

表3.部分脱脂的结果使为氧化错管的样本所作的原料含有40v/o的陶瓷粉末

批次号样品号脱脂速率（％）平均脱脂速率（％）差异

（%）

131.1-0.4

232.1+0.6

1332.031.5+0.5

430.51.0

531.8+0.3

131.3—1，1

231.9+0.2

2:32.731.7+1.0

432.1+0.4

530.8