线轮注塑模具设计

目录

引言..........................................................1

第1章塑件工艺性分析........................................2

1.1塑件材料分析.....................................................2

1.2塑件工件分析.....................................................3

第2章拟定模具结构形式......................................4

2.1确定型腔数量......................................................4

2.2分型面位置确定....................................................4

第3章注塑机的选择..........................................5

3.1注射量的计算......................................................5

3.2注射机的选定......................................................5

3.3注射机有关参数的校核..............................................6

第4章浇注系统的设计.........................................8

4.1浇口套的选择.......................................................8

4.2分流道的设计......................................................8

4.3浇口的设计........................................................9

4.4冷料穴设计........................................................10

第5章成型零件的结构设计和计算..............................11

5.1成型零件结构设计.................................................11

5.2成型零件尺寸计算.................................................11

5.3型腔壁厚及底板厚度计算...........................................12

第6章导向机构设计..........................................13

第7章脱模机构没计..........................................14

7.1脱模力的计算....................................................14

7.2推出机构的设计...................................................14

7.3脱模机构的复位..................................................15

第8章抽芯机构设计..........................................16

8.1斜导柱抽芯机构的结构形式.........................................16

8.2抽拔力和抽拔距的计算.............................................16

8.3抽芯机构设计要点.................................................16

8.4连接板............................................................17

8.5滑块的定位装置...................................................18

8.6斜导柱的设计......................................................19

第9章模具温度调节系统的设计...............................20

9.1冷却水道的设计原则...............................................20

9.2冷却水路的形式设计..............................................20

第1()章模架的确定及校核....................................22

10.1模架的确定.......................................................22

10.2模架的校核.......................................................22

第11章模具的总装图和工作原理..............................23

结论........................................................24

致谢........................................................25

参考文献.....................................................26

线轮注塑模具设计

摘要：本设计进行了线轮模具的设计。在设计之前对塑件结构进行工艺性分析,根据塑

件特征选择注塑机并对其进行校核；通过考虑成型的经济性、可行性等因素，确定模具的

型腔数为一模一腔；根据塑件特点确定模具的浇注系统和分型面位置；该模具采用侧浇口、

结构简单、易于制造；通过合理布置温度控制系统，调节模具工作温度，提高塑件的成型

质量；利用推杆将塑件从模具中推出；结合塑件特点和模具其他零部件的特征选择模架，

并对其进行校核；该模具利用直导柱和斜导柱导向，这样的结构设计可确保模具工作运行

可靠。

第1章塑件工艺性分析

1.1塑件材料分析

ABS是丙烯月青、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物，原料易得，价格便宜，是目前应

用最广、产量最大的工程塑料之一。ABS无毒、无味，为呈微白色或黄色不透明粒料，成

形的塑件有较好的光泽，密度为1.05〜1.18g3o收缩率为0.3%〜0.8%0ABS塑化效率

高，比热容低，凝固也快，所以成形周期短；ABS的表观黏度对剪切速率的依赖性也很强,

考虑到一模具的结构的复杂性，模具设计可采用侧浇口形式。

1.2塑件工件分析

该塑件是一个塑料线轮，如图L1所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量大，使用ABS

材料，成型工艺好，可以注射成型。

图1.1线轮二维零件图

该塑件线轮的三维图如图1.2所示。

图1.2线轮的三维图

材料为ABS塑料•，须考虑圆周方向侧向分型；塑件各部位壁厚均为3〃孙属薄壁制品;

为减轻重量及增加强度，两端外侧各有环形加强筋2条、分布均匀的轮辐式加强筋24条;

右端内侧有环形加强筋1条、分布均匀的轮辐式加强筋6条，塑件转角处用圆瓠过渡，从

而可以避免尖角。

1.2.1尺寸精度分析

由以上分析可见，该零件的尺寸精度为低精度，对应的模具相关零件加工可以保证塑

件用于一般配合，精度等级为一低精度等级，即5级精度。

1.2.2表面质量分析

塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔的表面粗糙度。要求制品不能有缩孔、沙

眼、裂纹、气孔、凹坑、杂质物等。一般模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度小一级，而

塑件表面粗糙度随着模具型腔的磨损增大而增加，塑料制品表面的粗糙度取为他=0.8〃他

第2章拟定模具结构形式

2.1确定型腔数量

方案I:一模一腔。

优点：模具结构较简单，易于制造。

缺点：生产效率较低。

方案H：一模多腔。

优点：生产效率高。

缺点:模具结构很复杂，所需轮廓太大，比较难实现。

综合比较方案I、II分析，由于该线轴注塑模尺寸较大，要实现大批量生产，提高模

具生产效率，应采用一模一腔的设计，故采用方案1C

2.2分型面位置确定

分型面是模具闭合时型腔和型芯接触的表面。依据便于脱模的原则，分型面的位置放

在塑料工件断面尺寸最大处，而且不能影响塑料制品的外观。根据线轮的结构特征选定如

图2.1所示分型面。

图2.1分型面

第3章注塑机的选择

3.1注射量的计算

通过UG建模分析,塑件体积为匕=172007.0712"〃〃二ABS的密度夕=1.115g/c〃九质

量勿为：

m=pv=I.115xIO'x172007.0712xl0-6=191.788g

浇注系统的体积估算为0.6倍的塑件体积。即

V.=0.6V=103204.24272W

J3

实际注射量应该选在额定注射量为匕的20%〜80%。

匕=5匕+匕)/().8=(1x172007.0712+103204.24272)/0.8=344014.1424mm3

式中：〃一是型腔数；

匕一是浇注系统的体积；

匕一是单个塑件的体积。

3.2注射机的选定

根据计算的数据，查文献⑴初选注射机SZ-500/200注射机，参数如下表3.1。

表3.1注射机主要技术参数

项目参数

理论注射容积/C，500

螺杆直径为皿55

注射压力/J痣150

锁模力/V2200

拉杆内间距/〃570X570

移模行程500

最大模具厚度500

最小模具厚度/〃〃〃280

喷嘴球半径/伽SR20

3.3注射机有关参数的校核

3.3.1型腔数的校核

1.按最大注射量校核，即

,0.8xV-V0.8x500-103.204,“

n<----------------=-------------------------=1.73

Vs172.00/,

式中，〃一为型腔数；

V一为注射机的最大注射量；

4、匕一同上公式中注释。

根据计算结果可以看出，符合要求。

2.按额定锁模力校核，即

」F_p“A2000-0.4x150x035x1.34一八

n<------------=--------------------------------------=1.49

p”A150x0.4xl.34

式中：F一为注射机的额定锁模力；

P,“一为塑料熔体对型腔的平均压力(MPa),一般为注射压力30%〜65%,这里取

40%；

为一为浇注系统在制品分型面上的投影面积，一•般取4=0.35A；

A,一为单个制品在分型面上的投影面积；

这里A、=引方-=.(1322-202)=17024=13363.84mm

3.3.2工艺参数的校核

1.注射量校核

实际注射量与模具型腔和流道最大容积比较，即

实际注射量V：V=匕+匕=1720()7.0712+10323.24272=275211.3139mm

模具型腔和流道最大容积：

VIllclA=aV=0.85x50Ci=424cm

式中，a—为注射系数，数值取0.75〜0.85,结晶形塑料可取0.75,无定形塑料可

取0.85,该塑件取0.85；

V一为指定规格与型号注射机的注射量容积，该设计中注射机的注射量为

500c〃九

由计算结果看出，v,<vmax,故符合要求。

2.最大注射压力校核

注射机压力要大于塑件需要成型所需要的压力。如表3.2所示，查得塑件材料ABS的

注射压力为70〜90.J偃?。

表3.2ABS的注塑参数

料筒温度/%

模具注射成型时间/s

注射成温度/压力注保冷成

密度

塑料型机类后段中段前段%/MPa射压却型

/g.cm

型时时时时

间间问间

151540

180〜210〜200〜50〜70~3〜

ABS螺杆1040

200230210709030

式303070

所选择的压力机的最大注射压力为上口50物%。经过比较，显然比ABS的注射压力大,

故满足要求。

3.锁模力的校核

因为当高压的塑料熔体充填模腔内时会沿锁模方向产生一个很大的胀形力所以模具

的锁模力必须要比型腔内压力大；型腔压力取30MPa,锁模力外F,即

F=kPn(/?As.+^)=1.3x30x(1x1.34+0.35x1.34)=70.551

式中，F一为注射机额定锁模力KN：

K一为安全系数，k取1.3；

匕一塑料熔体在模具腔体的平均压力。

所选注射机的锁模力为2000AV远大于F,故符合要求。

第4章浇注系统的设计

4.1浇口套的选择

在设计时，应该注意以下加点：

主流道小端直径用该稍微大于注射机喷嘴直径，一般大(0.5-1)mm.

主流道界面都是圆形的，主流道的整体形状为内圆锥形，圆锥的锥度取2~4，

值得注意的是，流道的长度选取时以不超过60侬为宜。

浇口套一般采用T8A或T10A材料，热处理硬度为50〜55例(低于注射机喷嘴的材料

硬度)。

为了减少流料在转向时的阻力，主流道的出口端要设置大圆角过渡。

浇口套可选用标准件，但是在选择时应该注意一点：在选够浇口套时应注意：浇口套

进料口直径和球面坑半径C

该设计中选用的浇口套如图4.1所示。

图4.1浇口套与定位圈

4.2分流道的设计

4.2.1分流道截面形状

分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，因为难加工、热量损失

大等各种原因，在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。

本设计选用半圆形的分流道截面，如图4.2所示。

图4.2分流道截面

因为半圆形断面的这种分流道易于机械加工，且热量损失和阻力损失均不大，故它

也是一种常用的形式。

4.2.2分流道的尺寸计算

分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及长度确定。由经验可知，对于ABS塑料来说，

其圆形截面分流道直径推荐值为4.7-9.5,考虑到上一流道要比下一流道的直径大10%左

右，取分流道的直径为7〃即。

另外，分流道的表面粗糙度Ra一般去1.6〃/〃就行，表面不必要求非常的光滑。

4.3浇口的设计

浇口有直浇口、环形浇口、侧浇口和点浇口等形式。该模具为圆筒形塑件，一模一腔,

所以采用点浇口形式，结构见图4.3。

/1///7I/I//NW//

4.4冷料穴设计

冷料穴是主流道的延长一部分，用来收集接受流料r存放料流前端的冷料。冷料穴尺

寸要稍微大于主流道大端直径，冷料穴的长度约等于主流道大端直径。

冷料穴配合拉料杆，可以在开模时将主流道中的凝料拉出。设计中使用的冷料穴和拉

料装置如图4.5所示。

图4.5冷料穴及拉料装置

第5章成型零件的结构设计和计算

5.1成型零件结构设计

5.1.1凸模结构设计

凸模的结构形式有整体式、整体嵌入式、活动式和镶拼组合式之分，结合塑件特点，

选用整体嵌入式的凸模。

5.1.2凹模结构设计

凹模用来成型塑件的外形，按结构也可以划分为整体式、整体嵌入式、镶拼组合式等

结构，该设计是骨架式的塑件，所以选择镶拼组合式的结构。

5.2成型零件尺寸计算

所用的材料ABS,收缩率用0.材〜0.8%，则

0.3%+0.8%

3F=----------=0A.c5o%/

2

型腔径向尺寸计算公式：

LM=[(1+S)L5+(0.75)A]^

型芯径向尺寸计算公式：

+；儿+(。75)△心

型腔深度尺寸计算公式：

”=[(l+s)x”o—

型芯高度尺寸计算公式：

〃=[(l+s)x%+g△匕

式中，L一型腔径向尺寸；

/,”一型芯径向尺寸；

不一平均收缩率：

/$,4一塑件的基本尺寸；

△一塑件的公差值;

b一模具成形零件的制造公差；

少一型腔深度最小基本尺寸；

”。一塑件的最大基本尺寸；

一型芯高度的最大尺寸；

%一塑件内形深度最小尺寸。

根据以上公式，代入塑件的尺寸：

Z>=-A-x0.76A”

z3

(LA/1)0'=[(1+0.0055)x132-0.5x0.76]^=132.35产

<J=-A-x0.46

Z3

(LW2)O=[(1+0.0055)X60-0.5X0.46]^=60.10产

1x046

(l,)°!=[(1+0.0055)x54-0.5x0.46]^=54.53°

v/1&=§△015

n7x0.28八

(1WJ°.=[(1+0.0055)x23-0.5x0,28]^=22.99^

&丁

八-x0.6八

(1例3)।=1(1+0.0055)x90-0.5x0.6J^=90.80^02

&=-A

z3

Sr=­A—x0.68cca

(H)03=[(I+0.0055)X115-0.5X0.68]^=115.29产

n-x0.60八

(h,)°)=[(1+0.0055)x95-0.5x0.60]^=95.82°02

心=§△

八-xO.I6八

(h2)°I=[d+0.0055)X2.5-0.5x0.16]^=2.5°005、

心室

5.3型腔壁厚及底板厚度计算

因为该模具结构特点，无需计算型腔壁厚，对于型腔底板的厚度要具体的看选择相对

应模胚的尺寸来决定，但是一般情况下底板的厚度不能小于25〜30mm,以防止固定型芯时,

强度不足。

第6章导向机构设计

6.1导向结构的总体设计

该设计中的模具有4组导柱和导套，均匀的分布在模具的四周，为了保障模具的强度,

中心到模具边缘应该留有足够的距离。模具的导柱安装在动模板上，导套安装在定模版上。

需要注意的是，在合模时，为避免凸模先进入型腔，导致模具额损坏，应该保证导向

零件首先接触，所以加上一根复位杆以保证正确和模°

本次直接采用基本模架GB/T12555-2008所给的导柱，所以不再细述

第7章脱模机构设计

7.1脱模力的计算

线轮属于薄壁圆形塑件，选用公式:

2兀3、ESLcosd(f-tand)

+0.1A

e.=(1一〃)5

式中，石一为圆环形制品的壁厚，在=3；

〜为塑料的弹性模量，ABS的弹性模量后1800.,必a。查参考文献⑸；

5」为塑料的平均收缩率，90.55%；

/，一为塑件对型芯的包容长度，L=\05mm；

。一为模具型芯的脱模斜度，8=1。；

/一为塑件与型芯之间的摩擦因数；ABS与钢的摩擦因数/二0.21,查参考文献⑸;

〃一为塑料的珀松比。ABS的珀松比〃=0.394,查参考文献⑸；

力一为不通孔塑件在垂直于脱模方向上的投影面积,但通孔塑件为0,参阅文献？

J=0min2o

依l+fsinScos6=1+0.21xsin25cos25=1.08

2超ESLcosd(f-tan6)

e,=+0.1A

(1一〃)&

27rx3x1800x0.55%x105xcosIx(0.21-tan1)

+0.1x0=5763.6N

(1-0.394)x1.08

7.2推出机构的设计

该模具采用推杆推出，推杆材料为45钢

推杆直径的计算：

"=以窄严

nE

式中，〃一为安全系数，取—=1.8；

L—为推杆长度(mm),£=5256nini\

尸-为脱模力(N),45763.6"；

/L为推杆数目，炉2；

〜是推杆材料的弹性模量(初初，后250,倘;

带入公式中得：4=以空严=5.73%加

nE

因此，推杆的直径取7〃加。

推杆直径不能过细，以保障足够的强度和刚度，直径在3〃画以下的推杆就要将下部加

粗，呈梯形，这里不需要，该模具的结构和粗糙度如图7.1所示。

图7.1推杆

7.3脱模机构的复位

常见的复位形式有复位杆、推杆兼任复位杆、弹簧复位杆等，该模具的复位杆如图7.2

所示。

9

g0

88.51

图7.2复位杆

第8章抽芯机构设计

8.1斜导柱抽芯机构的结构形式

此模具使用侧向抽芯机构，为提高生产效率，采用机动抽芯机构。机动抽芯机构分为

三种，这里选用最常用的斜导柱抽芯机构。斜导柱抽芯机构由斜导柱、滑块、锁紧块和定

位装置组成，下面会逐一介绍。

8.2抽拔力和抽拔距的计算

8.2.1抽拔距

该塑件圆形线轮骨架结构，较为特殊，有特定的公式计算抽拔力，

S=J(D/2)2-3-2)2+(2~3)mm

公式中，〃一为塑件线轮的坐盘直径8132mm；

〃一为塑件线轮的圆筒形骨架直径加60nlm；

所以S=J(。/2尸(d—2尸+Q〜3)mm=7(132/2)2-(60-2)2+(2-3)mm

=31.5()+(2〜3)mm=33.5mm

8.2.2抽拔力

抽拔力的计算与脱模力的计算类似，都受多种因素影响，计算时去几个最主要的因素

考虑，因此简化公式为：

Q=Ahq(jucosd-sind)

式中，0—为抽拔力(N)；

力一为侧型芯被拖紧的截面周长(。/〃)，A=262x2=524。加；

h一为成型部分深度(cm),h=36cm；

q一为单位面积级压力(N/cnf),一般取800〜1200,q=1000N/cnf：

〃一为摩擦因数，去0.1〜0.2,〃=0.2；

8一为脱模斜度,3=21°。

Q=Ahq(jjcosd-sind)=1254N

8.3抽芯机构设计要点

斜导柱的倾斜角一般取15°〜25°,锁紧楔块的楔角应该大于强者2°〜3°。

斜导柱和滑块孔的配合应该有0.5〜1切勿的间隙,

滑块长度L应大于滑块宽度的1.5倍，抽芯完后，留在导滑槽内的长度/

8.4连接板

根据上述设计要点设计，该模具滑块采用连接板，装配示意图如图8.1所示。

图8.1连接板装配示意图

8.5滑块的定位装置

为了使滑块在抽芯完毕以后停留在规定的位置上，需要在模具上设计定位装置。有多

种形式，这里不再赘述。由于该模具在设计的时候在滑块外侧安装了用于冷却的水嘴，所

以不能使用挡板来进行限位。只能在模具内部限位，于是，选用限位钉来进行定位具体

形状如图8.3所示。

8.6斜导柱的设计

8.6.1斜导柱的直径计算

斜导柱的直径公式如下：

d=rwz

yo■考cos^xO.l

P?=PJcos。=A/sin0

式中，d一为斜导柱直径(c/〃)；

—一为抽拔力(N),〃产2914册

a一为斜导柱倾斜角，e=2i°；

小一为咫力与A点的距离在水平方向上的投影(CD1),查参考文献吗

由受力可知受力点是斜抽芯部分的中点，所以4二57.5〃〃7尸5.75cm。

。弯一为抗弯强度(N/cm2)；碳素钢取。弯=137.2MRz。

?

P2=《/cosb=P3/sin。=2914/cos2T=3121N

d=3—照—=17.08

y8.^cosdx0.1

然后再查参考文献，找d的直径，最后选取公称直径d为20〃第的斜导柱。

8.6.2斜导柱的长度计算

斜导柱长度的计算公式为：

L=L^++Zq+4+人

I人।s

二一Dtan0+———+—dtanG+-------+5~10mni

2cos52sin5

式中，L一斜导柱总长度

〃一斜导柱台肩直径30/72/77;

a一斜导柱抽拔角21。；

万一斜导柱固定板厚度14/72OT;

万一斜导柱与侧滑块料孔的配合间隙0.5/®

4一斜导柱工作部分直径20«

5—抽芯距，实际间距加2〜4〃〃〃。

带入计算，求得斜导柱长度七？24〃〃以

第9章模具温度调节系统的设计

9.1冷却水道的设计原则

1.水道孔直径一般取8〜12.，该模具用12〃阳的水道孔直径。

2.水孔的中心距取水道孔直径的3〜5倍。水孔距离型腔壁的距离要相等以防止受热

不均。

3.应该降低进、出水温差。

4.设计的水道要便于加工、清理。

5.要注意浇口位置的冷却。

9.2冷却水路的形式设计

结合该模具的特点，设计水道布置如下主视图，图9.1。

冷却水路布局方式的俯视图，如图9.2所示。

函

9

2

夫

依

壬

战

第10章模架的确定及校核

10.1模架的确定

分析工件的特征和上述设计各部分的特征，确定该设计中使用的模架属于中小型注射

模架。模具的动模型腔和定模型腔采用的是整体嵌入式，并且该模具采用斜导柱侧抽芯。

结合以上两点考虑，选用AI型模具。使用AI模架还便于滑块导滑槽的加工，参见文献⑴。

根据模具的各部分特点和模具型腔位置因素，选用330x500系列模具。

10.2模架的校核

1.最大与最小模具厚度

模具闭合时的厚度应在注射机动定模板最大闭和高度和最小闭和高度之间，参考文献

［，，0用公式表达：

"最小V"模V"殿大

式中，〃最小一注射机所允许的最小模具厚度；

”模一模具的闭和高度；

，最大一注射机所允许的最大模具厚度。

模具的闭合高度为455nlm,在这个范围之内，故符合要求。

2.模架尺寸与注射机拉杆内间距校核

模架的外形尺寸350x600物

拉杆内间距为285x524mm.

因为330X50(K350X600,所以符合要求。

第11章模具的总装图和工作原理

经过对塑件的分析，成型零部件相关尺寸的计算以及模架和注塑机的校核，模具总装

图如图11.1所示。

图11.1总装配图

・限位螺钉2-上模座3-托板4-定模扳5-定模镶块6-拉料杆7-浇口套8-定位圈9-水套10-型芯

11-滑块12-模套13-连接板14-支承板15-斜导柱16-下模座17-推板18-型芯19-卡环20-复位杆

21-型芯22-推管23-动模板24-拉杆

开模时，T形块将塑件推出型芯18,塑件包在型芯上在拉料杆的作用下随动模部分一

起移动，在斜导柱的作用下，侧型芯滑块向两边运动逐渐脱离塑件，直至斜导柱与滑块脱

离，侧向抽芯和分型才告结束，限位螺钉限制脱出距离。动模部分继续移动，顶出机构动

作，推管把塑件从凸型芯上脱下来并由限位螺钉保证推管最大位移。

合模时，滑块靠斜导柱复位，在注射时，滑块由压连接板13锁紧，以使其处于正确

的成型位置而不因受熔体压力的作用向两侧松动。

结论

本次毕业设计的课题是线轮的模具设计。在设计过程中，通过分析塑件的成型特点，

运用所掌握的模具知识，翻阅大量的模具资料，精心的设计和计算，最终完成了本次线轮

的模具设计。

在设计模具过程中，严格按照模具设计的步骤进行，在设计前仔细研究了任务书中鳖

件的特点，注塑使用的材料，加工批量等信息。在研究塑件形状时，及时将塑件的三维图

绘制出来，在绘制的过程中即对塑件有了深刻的了解，又为下面模具三位装配图的绘制做

准备。在模具结构设计的过程中，先确定了型腔的数目为一模二腔。选择了注射机的型号,

并对其进行了