毕业设计（论文）-自行车脚踏板注塑模具设计

摘要借助注塑模，可以依据产品的设计方案制造出满足产品设计要求的模具，确保产品的形状准确。高品质的、高精度的模具技术能够让注塑产品每一个产品的外形、大小保持一致，提升产品质量的一致性和可靠性。合理的设计模有利于提升注塑效率，降低注塑成本。注塑模具作为批量生产制造过程中的重要工装，模具技术应做好相应的分析处理。论文基于自行车脚踏板的具体应用情况，对相关注塑模具的设计问题开展研究，并在具体的应用过程中，从注塑模具技术应用角度来分析模具设计内容。首先对自行车脚踏板的相关应用实施注塑可能性分析，这涉及到相应的结构分析与材料选配等工作，应用三维仿真技术来测算出模具制品的质量，从而选定相应的注射方式结构；继而深化到注塑模具体现，在注塑模具的具体应用过程中，从模具的浇注系统、成型部分、推出结构、导向系统、冷却系统等不同角度开展设计工作。同时基于具体的工作内容采用CAD工具来呈现一些重点结构部件的2D图形图像，借助UG软件来构建各结构部件以及产品3D模型图。关键词：自行车脚踏板；注塑模具；型芯与型腔；导向机构；推出机构

ABStractThroughinjectionmoldingtechnology,moldscanbemanufacturedaccordingtoproductdesignspecificationstoensurepreciseshapeaccuracy.High-quality,precision-moldedtechniquesmaintainconsistentdimensionsandappearanceacrossallinjection-moldedproducts,enhancingproductconsistencyandreliability.Well-designedmoldsalsoimproveproductionefficiencyandreducemanufacturingcosts.Ascriticalcomponentsinmassproductionprocesses,injectionmoldsrequirethoroughtechnicalanalysisandoptimization.Thisstudyinvestigatesmolddesignchallengesforbicyclepedalsthroughpracticalapplications,analyzingdesignelementsfromatechnicalperspective.Theresearchbeginswithfeasibilityanalysisofinjectionmoldingforpedalcomponents,involvingstructuralevaluationandmaterialselection.Three-dimensionalsimulationtechnologyisemployedtoassessmoldquality,enablingoptimalinjectionmethods.Subsequentdesignphasesfocusoncorecomponentsincludinggatingsystems,formingsections,ejectionmechanisms,guidestructures,andcoolingchannels.CADtoolsareutilizedtocreate2Ddiagramsofkeystructuralelements,whileUGsoftwarefacilitates3Dmodelingofallcomponentsandfinalproductconfigurations.Keywords:Bicyclepedals;injectionmoldingmolds;coresandcavities;guidingmechanisms;ejectionmechanisms目录266431绪论 1177321.1本文研究背景与研究意义 1194061.2注塑模具的应用概况 1132591.3注塑模具的发展趋势 2182311.4论文主要内容如下 3123472注塑工艺可行性分析 5151102.1自行车脚踏板 5312472.2自行车脚踏板材料分析 5194312.3自行车脚踏板技术要求分析 6250773注射机选型 750513.1质量估算 778213.2分型面的确定 782353.3型腔布局 8251663.4选择注射机 990733.5注射机校核 10257464浇注系统和成型零部件的设计及校核 125154.1主流道的设计 12317124.2分流道设计 13311464.3冷料穴及浇口设计 14226184.4凹模的设计 1596184.5凸模设计 17280985导向机构和推出机构的设计 216595.1导向机构的总体设计 21177115.2导柱设计 22242245.3导套设计 233015.4推出机构的设计 23217155.5推出机构的计算 24205255.6冷却系统的简略计算 26170685.7模架尺寸的确定 27100366总结与展望 31185626.1总结 31120606.2展望 3113872参考文献 3224822致谢 33插图清单TOC\h\z\c"图"图11注塑模具精密仪器 2图12简易性注塑模具 2图13自行车脚踏板零件图 4图14自行车脚踏板3D图 4图15自行车脚踏板3D剖面图 4图21自行车脚踏板 5图31自行车脚踏板质量估算 7图32分型面确定 8图33圆孔分型 8图34型腔排布 9图41主流道3D图 13图42定位圈3D图 13图43分流道3D图 14图44冷料穴3D图 14图45浇口3D图 15图46浇筑系统3D图 15图47凹模3D 16图48凹模2D 17图49凸模3D 18图410凸模2D 19图411凸模镶件3D 19图412凸模镶件2D 20图51导向零件示意图 22图52导柱3D 23图53导套3D 23图54推出机构排布 24图55冷却系统 27图56自行车脚踏板注塑模具3D 32图57自行车脚踏板注塑模具2D 33

1绪论1.1本文研究背景与研究意义注塑模具是塑料生产中常用的一种模具设备，生产塑件品种广泛，其结构的合理性直接关系到其产品的质量、生产效率、成本控制等各个方面。首先在注塑模具设计的过程中，要考量注塑产品的外观形状、尺寸及壁厚等问题，合理化的模具结构设计可以保障注塑产品的精确性、产品表面的光滑性能以及注塑产品的尺寸稳定性等，从而提高注塑产品的质量。再次是塑料成型模具结构设计对制造时间有着关键影响，利用合理模具结构设计可以降低产品冷却需要的时间、开启模具的时间以及射出时间，也就增强了塑料成型机的效能。同时，模具方便性及可靠性遭受负面影响时其成本便会增长，须改善模具设计的优化程度从而减少模具维修与更换的频率，也就能够减少停产的时间。其次，塑胶模具设计对生产成本成本有积极作用。塑胶模具的制造是复杂并且需要很多成本的。简化塑胶模具的设计可以节省塑胶材料和加工成本，延长模具的寿命，减少模具的维修及更换的成本，降低制品的生产成本。1.2注塑模具的应用概况塑料模具又称注塑模、塑胶模。在塑料注射成型的过程中利用的注塑机把加热好的塑料经注塑机注塑到模具中冷却固化后再脱模所获得的产品为塑料模具。模具分为上模具和下模具两部分，塑料模具是由上模和下模合模后形成的腔体进行注塑成型。在行业应用上，注塑模具范围涵盖工业、医疗、电子电气、包装、玩具等多个领域。（1）工业制品：如生产手机外壳、汽车零部件、家用电器零部件、仪器仪表部件、眼镜框等。用注塑成型的工艺可以满足复杂型面的要求和高尺寸精度的要求，确保最终产品稳定性及一致性。（2）塑料包装产品：注塑模具能加工制作各类塑料包装产品，如食品包装盒、瓶盖、容器、塑料袋等，通过注塑成型能实现大规模的生产，满足包装业对产品多样化和规模化的需求。（3）生活用具类：例如塑料梳子、牙刷、餐具和洗漱用品的注塑制品，运用注塑成型生产出质量可靠且美观的产品来满足人民生活需要。（4）医疗器械：塑料模具在医疗器械生产中扮演着至关重要的地位，塑料模具可以加工医疗器械塑料产品，比如注塑机、输液器、试管、离心管等。塑料成型生产的产品具备密闭性及卫生等优点，能够满足医疗设备生产的精准性和稳定性。（5）建筑装饰：注塑模具能够被广泛用于建筑装饰，进行各类建筑装饰材料的制作，在注塑成型的实践中满足个人定制化的需求，同时还能够满足集体批量生产的需要，提供了更多的选择机会，改善了室内环境功能的使用。。本文所依托的基础是注塑成型技术，常见的注塑模具形式如图1-1、1-2所示，这是一种生产高效、精确又经济的方法，能满足各个行业所要求的产品性能、质量和外观等。图1SEQ图\*ARABIC\s11注塑模具精密仪器图1SEQ图\*ARABIC\s12简易性注塑模具1.3注塑模具的发展趋势模具在生产中属于重要工具，而且模具的发展也受到生产需求、技术、环境等多种因素的影响。下文列举了注塑模具的发展方向：（1）高精度与高效率：随着产品质量要求的提高和生产效率的追求，注塑模具将趋向更高的精度和效率。（2）多功能化：注塑模具趋向多功能化，能生产出更为复杂的制品、产品。采用变模腔、变模芯等结构、工艺生产方法，使得一个模具能够生产不同形状、规格的制品、产品，增加了生产的灵活性、提高了生产效益。（3）快速开发和定制化：注塑模具的快速发展、个性化定制在满足个性化和多样化的需求市场。利用快速成型技术、模具的优化设计以及快速成型等能够缩短模具的生产时间，满足客户的部分产品的个性化需求。（4）绿色环保：随着在塑模生产制造过程中以及生产运行中对节能环保要求的体现，塑模将会在材料的选择、能源利用及废料处理等方面，更多地注重环境友好设计和环境友好制造的方式。（5）智能化与自动化：随着人工智能和自动化技术的日益成熟，注塑模具也日新月异，通过添加传感器、远程检测、自动控制，模具生产运行的状态，能够时时掌控和监控，并能有效提升生产的稳定性和运行率。（6）新材料、新技术：随着各种新材料、新技术的不断出现，塑料模型也必须满足不断变化的新材料、新技术的需要，例如高抗压高温、耐腐蚀性能、导电性能的要求，多元充填、空气推动制造等新生产技术的应用，都在推动着塑料模型的发展。总之，注塑模具的发展趋势为提升精度及效率、多品种化、快速设计定制化、绿色环保、智能自动化及新材料新技术的运用，它们将共同引导注塑模具向更加先进、灵活及可持续的出路发展。1.4论文主要内容如下（1）在论文的第二，三章节针对注塑模具对自行车脚踏板的结构，材料以及技术要求进行了分析并确定了注射机的型号选择；（2）论文的第四章对注塑模具自行车脚踏板的结构设计进行了详细的计算，对浇注系统和成型零部件的设计以及校核，在设计过程中用CAD和三维绘图软件进行了零件图的绘制；（3）在论文的第五章对导向机构和推出机构进行了设计及计算并绘制零件图；（4）在论文的最后进行了对注塑模具自行车脚踏板的总结。下列图片所示，是本文注塑模具设计的最终效果图展示。这是一个整体呈现为方形，内部有加强筋，四周有倒扣，上下表面有多个凸起，为常见的自行车脚踏板，需采用侧抽芯结构，该自行车脚踏板零件壁厚均匀，其设计结构简单，适合采用注塑模具进行大批量生产。图1SEQ图\*ARABIC\s13自行车脚踏板零件图运用三维软件绘制出自行车脚踏板的三维图，如图1-3所示与图1-4所示。图1SEQ图\*ARABIC\s14自行车脚踏板3D图图1SEQ图\*ARABIC\s15自行车脚踏板3D剖面图

2注塑工艺可行性分析2.1自行车脚踏板自行车脚踏板是自行车的核心动力部件，通过杠杆原理将腿部力量转化为旋转动力，驱动链条和齿轮转动，实现自行车前进，其设计注重稳定性和安全性，通常采用防滑表面（如凹凸图案或金属钉）以增强摩擦力，确保骑行时脚部稳固，材质上，常见铝合金或塑料，兼具轻量化与耐用性，部分高端型号配备培林轴承以减少阻力，提升骑行效率。脚踏板结构多样，适用于公路车、山地车等不同类型，部分可调节角度以适应个性化需求。作为骑行体验的关键环节，优质的脚踏板不仅能省力，还能增强操控性和舒适性，是自行车爱好者升级配件的首选。如下图所示：图2SEQ图\*ARABIC\s11自行车脚踏板2.2自行车脚踏板材料分析自行车脚踏板的材料为ABS，由于它在注塑成型中具有良好的流动性、机械性能及加工业能，因而经常被采用。下面是ABS注塑工艺的分析：（1）温度控制：ABS注塑制品需要精细控制熔融及保持温度。熔融温度一般为180℃～240℃，根据树脂种类及成品要求灵活选定。保持温度一般取熔融温度的80%～90%。（2）压力控制：注射压力及背压的重要性不可低估，保证模腔中可以完成充填的压力要足够大；利用背压进行混合及排气，一般背压为5%～10%较为理想。（3）注射速度：影响ABS填充能力和制品表面质量的关键是其注射速率，因此在生产过程中我们需要根据产品形状、尺寸来选择合适的注射速率并不断对其进行调试。通常前期注射速度较快，后期再逐渐减小，从而避免产生气泡或热应力的情况。（4）冷却时间：ABS传热能力好，注塑成型后快速冷却可提高生产效率。冷却时间应依据产品厚度、形状和尺寸确定，一般模具内做详细测试确保产品冷却完毕。（5）平衡填充：注塑生产中需要从模腔内部结构保证保持充模平衡，从模腔内部构造、合理设计喷嘴的尺寸大小及多入胶点等方面实现ABS在注塑生产中的平衡状态，以避免产生瑕疵。2.3自行车脚踏板技术要求分析根据设计要求，原料为ABS，适合大批量生产，精度为MT5，在注射成型工艺中为常规精度，脱模斜度为3°±1°，此角度更容易脱模，由此表明自行车脚踏板适合注塑模具进行大批量的生产。根据设计要求，暂定工艺范围如表2-1：表2-SEQ表\*ARABIC1自行车脚踏板技术要求分析序号性能ABS1干燥处理100℃2熔化温度180℃-320℃3模具温度60-105℃4注射压力600-1500bar上面的参数只是设定的预值，需要根据实际情况做出适当的调整，确保模具设计可行。在加工中，注塑容易产生缺陷、问题。在不同的原材料、设计技术和加工设备等影响下，很容易出现裂纹、未填满、皱纹和麻点、减小坑和凸起的问题等。因此，在此次论文的设计制作过程中都会非常重视这些问题。。

3注射机选型3.1质量估算对于产品设计师而言，通过工件的质量估算来决定注塑模具的设计参数与结构是必不可少的。由于不同的工件需求可能出现不同的模具设计参数，如模具型腔大小、冷却系统配置、顶出系统等。准确的预测出工件质量确保模具设计满足要求的注塑制品。根据大概的工件质量预测我们能够选择合理的注塑工艺改善制品的质量，减少制品缺陷。通过工件质量的预测能够预测到制品的强度、刚性、使用寿命等特性。以判断注塑制品是否能够满足产品设计的要求，并据此对产品进行必要的优化。本文通过三维软件测算出自行车脚踏板的体积，如图3-1所示，体积为8664.05mm3，取为8.7cm3。图3SEQ图\*ARABIC\s11自行车脚踏板质量估算已知ABS的材料的密度为1.04至1.06g/cm3，最终取数值为1.05g/cm3。那么，质量为：。流道中凝料质量，计算为4.8cm3，估算体积为。总质量为。3.2分型面的确定（1）确保成型塑件的顺利脱模：采用合适的分型面，避免塑料成型零部件卡住模具或者导致塑料成型零部件受损，使其顺利脱离模具，减少生产过程中出现的问题及故障率。（2）提高模具寿命和稳定性：选择合适的分型面，可以减小模具在脱模时分型和合型的应力，磨损以及疲劳度，提高模具的抗破坏能力，使用寿命等。除此之外，适当地分型面还可以使模具结构更加坚固，防止变形以及变形的情况，提高模具的使用效能以及使用寿命。（3）优化注塑工艺和成品质量：合理的分型面位置及角度可以选择性的采用合适的注塑技术来保证产品的质量。合理的分型面位置及角度的改进可以在一定程度上减少成型制品的表面气泡、杂质等缺点。（4）提升生产效率和降低生产的成本：适当降低脱模力、缩短脱模时间，使注塑周期缩短，进而提高生产效率；合适的分型面则可降低废品率和二次修整率，降低成本。图3SEQ图\*ARABIC\s12分型面确定如图3-2所示为本文设计的分型面，自行车脚踏板的外侧通过斜导柱滑块成型，内侧由型芯成型，采用整体嵌入式型腔型芯方案，方便产品换型。3.3型腔布局型腔布局是塑料设计的核心内容之一，其目的是提高注射生产率、提高产品品质和增加生产效益。型腔布局的方案依据产品的种类而确定，根据产品特性来制定型腔方案，对于一些复杂的商品，可能会采用多腔的方案来实现一次注射获取多个同样的制品的效果。而对于体积庞大或者需要高精密度的商品，可能采用单型腔的方案，防止变形或形成瑕疵的情况发生。同时型腔的布局要考虑到产品结构和加工工艺，例如有内部结构或者薄壁的部分，要保证型腔能够完全充满材料，防止出现过冲、气泡的现象发生，同时在确定型腔时，还要保证设置足够的冷却通道，保证产品完全冷却，防止出现温度变化，造成应力和变形的情况发生。型腔的安排主要是考虑生产效益和生产成本，包括减小冲击力和溢流量，实现缩短生产制造时间、提高生产量的目的；合理的摆放安排，保证生产成本降低的目的，以及要考虑模具的寿命和维护是否方便等，减少设备时间的浪费和维修费用的增加。。自行车脚踏板零件形状简单，壁厚均匀，需批量制造，为了提高生产效率和生产效益，可采用一穴多腔布局，故设计一腔两穴布局，如图3-4所示。图3SEQ图\*ARABIC\s14型腔排布3.4选择注射机以下是一些常见的注塑机选型考虑因素：（1）塑料材料的特性：不同的塑料，具有不同的熔点、流动性和收缩率等，注塑机的选用过程中，要根据产品的使用要求以及塑料材质的不同选择对应的注塑机。（2）成品要求：包含对制品的美观性、精确性、功能性方面的考虑，如如果产品要求外观明亮，则可使用注射摩擦力较小的制品，有助于减少外面的缺陷；对要求尺寸准确性较高的商品，则可选用注射收缩量更少的注塑机来减小误差。（3）注塑机的润滑性：注塑机的润滑性，对充填过程中的材料流动和顺畅脱模起着重要作用。通常润滑性能越好越有利于注塑机的流动性和均匀性，并减少可能存在的缺陷。根据上述的设计原则，最终选择了HTF90注射机，他的主要性能参数见表3-1所示。表3-SEQ表格3\*ARABIC1注射机参数种类HTF90最大注塑量cm3131最大的机头螺杆式直径cm34最大注塑压力数据MPa206最大的注射距离cm80注塑周期次/s0.85螺杆式的回转速度(r/min)25〜160注射的种类螺杆式式最大的锁模力kN860注射的投影面积cm2100移模的距离cm2310最厚的合模数据cm360最薄的合模数据cm150注塑机柱子最小宽度--cm360x360动力的频率Hz3Hz3.5注射机校核在注塑模具设计中，注塑机的校核是确保注射过程能够顺利进行并获得合格产品的重要环节。(1)注射量校核在一般情况下，一个周期内注射容量不能超过注塑机额定注射容量的80%。即：（3.1）式中：Vn—单个自行车脚踏板的体积㎝3Vg—额定容量㎝3Vj—凝料的容积㎝3n—穴数8.7×2+4.8㎝3=22.2㎝3＜131×0.8cm3据上面计算得知，注射机的注射量符合设计要求。(2)锁模力校核计算塑件所需锁模力。（3.2）式中：FS—锁模力，单位（N）P—模内平均压力，取24.5M—塑件在分型面上的投影面积，取1445.69mm2Aj—浇注系统在分型面上的投影面积，取289.14mm2F0—kN。估算塑件投影面积。（3.3）代入式中kN由计算结果可得,该注塑机锁模力足够。(3)注射压力校核校核注塑机压力。P0≥P式中：P0—MPa；P—塑件注塑所需最大压力，单位（MPa）。代入式中MPa>100MPa由计算结果可得此注塑机满足注射压力需求。

4浇注系统和成型零部件的设计及校核在浇道的设计当中，需要以塑料材料流动度、冷却性和排气性为考虑标准，一般采用直线浇道、环形浇道、扇形浇道等类型较为全面的浇道设计，符合产品的形状和尺寸要求。4.1主流道的设计主流道主要为了保证物料的均匀分布、传递压力以及控制温度以便得到优质的产品。通常可通过计算、模拟软件和经验对主流道进行设计和决策，在现实制造中对其进行完善、改进。注塑模主流道的设定是影响塑胶物料流体从注射机进入模具型腔内部填充过程中的重要结构。以下是主流道设计的一些主要考虑因素：(1).主流道长度和直径：主流道长度、大小的设计应根据模具尺寸、形状以及所使用的塑胶材料特性确定，长一些的主流道将获得更好的压力传递性能和流动性能，但同时会使材料的冷却时间变长。选择合适的直径大小要求有足够的流量和压力，以及尽量减小料体剪切热。(2).主流道形状：主流道形式有直线式、曲式和多支式等很多种形式。选用直线式主流道结构简单方便，适用于较简单产品结构使用；选曲式主流道延长塑料流动路程和加大塑料流动时间，能给产品增强性能；而选用多支式主流道能使产品将流动的路程分离，减小塑件流动时由于剪切热和顺动现象发生的情况。(3).主流道的分布和布局：主流道的数量、位置和分布应该根据产品的大小、形状和注射点位置来决定，大型模具中有可能需要增加额外的支撑以稳定主流道。(4).主流道的加热和冷却：为了提高注塑过程的效率和温度控制，主流道通常需要加热或冷却处理。加热可以增加物料的流动性并降低黏度，冷却可以使塑料料迅速凝固缩短冷却时间。设计加热和冷却系统参数要根据使用塑料的种类以及制品的要求确定，并且能够提供温度均匀以及准确控制。基于以上设计原则，本文设计的主流道如下：1主流道的长度根据塑件结构特点本次设计初取L主=。2主流道小端直径d=d喷+e式中：d—主流道小端直径，单位（mm）；d喷—；e—设计余量，取0.5代入式中3主流道大端直径主流道当量半径的计算如下。D=d+L主tanα式中：D—主流道大端直径，单位（mm）；d—；L主—主流道长度，取57mmα—主流道锥角，取代入式中4主流道球面半径主流道当量半径的计算如下。SR=SR喷+e（式中：SR—主流道球面半径，单位（mm）；SR喷—注射机喷嘴球头半径e—设计余量，一般取1~2mm。本次设计取1mm。代入式中SR5球面配合高度本次设计中球面配合高度h为2.86mm。图4SEQ图\*ARABIC\s11主流道将主流道设计成可拆卸，是为方便料体与流道接触。本文选择A字型衬套，其设计一端应高出定模端面H=8mm，完美与注射机定位孔间隙配合。主流道尺寸计算；Qv=v/t=14.5/0.7=20.7。主流道剪切速率取γ=103查表得Re=2.8mm.取主流道大端直径为6mm。小段直径为3mm。注射机定位孔尺寸为63.6+0.064mm定位圈尺寸取62.6+0.064，间隙配合，符合要求。如图4-2所示定位圈，其设计作用是确保注塑机喷嘴与模具浇口套的对中。图4SEQ图\*ARABIC\s12定位圈4.2分流道设计注塑模具分流道是注塑模具中负责将熔融塑料材料从浇道分配到多个模腔的通道。采用圆形截面流道，查表[1]知ABS分流道直径在3.2～9.5㎜。尺寸计算：Qv=v/t=14.5/(0.7×4)=7.76取γ=1000。Re=1.8mm，取直径7.76mm。选取分流道的表面粗糙度取Ra为2um。可增加对外层塑料熔体流动阻力，使外层塑料冷却皮层凝固，从而形成隔热层，这样有利于保温，内壁设计要平整光滑，否则影响工件的分形和脱模。分流道设计如图4-3所示。图4SEQ图\*ARABIC\s13分流道4.3冷料穴及浇口设计冷料穴是一个位于模具中的孔，如图4-4所示其用于收集和固化在注射过程中产生的冷料。冷料是指在注塑过程中最初被注入模腔中的塑料，由于温度较低或其他原因，无法完全填充模腔，并留在冷料穴中。冷料会对产品质量产生不利影响，因此冷料穴的作用是收集这些冷料，防止其进入最终成型的零件中，从而保证注塑产品的质量。ABS的塑性条件较好，我在设计过程中采用倒锥形冷料穴，开模时起到拉料的作用，然后由推杆强制推出，方便之后的自动化操作。图4SEQ图\*ARABIC\s14冷料穴浇口如图4-5所示其是将熔融塑料引导进入模腔的通道，通常位于注塑产品上不太显眼的部分，通过浇口将熔融塑料注入模腔。浇口的设计和选择对产品的性能和外观起到很大影响。设计过程中采用的是点浇口的形式，如下图4-5所示。浇口尺寸计算：查得系数m=0.6。根据公式h=n×t=1.2mmb=A½/30=44π×18+π222=1.27mm。长取1.5～2.5mm之间。图4SEQ图\*ARABIC\s15浇口3D图基于上文设计与阐述，本文设计的浇筑系统如图4-6所示。图4SEQ图\*ARABIC\s16浇筑系统4.4凹模的设计型腔径向尺寸的计算Lm=[Ls式中：—；—塑件基本尺寸，单位（mm），；∆—塑件公差，单位（mm），精度等级为MTS—塑件平均收缩率，取0.005；x—综合修正系数，取x=3/4δz—模具制造公差，单位（mm），取。型腔高度尺寸的计算Hm=[H式中：—型腔的高度基本尺寸，单位（mm）—塑件的高度最大基本尺寸，单位，；—塑件公差，单位（mm）；—塑件平均收缩率，取0.005；—综合修正系数，塑件精度高，批量大，取x=2/3；δz—模具制造公差，单位（mm），取δ=1/3∆图4SEQ图\*ARABIC\s17凹模3D如图4-7和4-8所示是注塑模具中凹模的三维（UG）及二维图(CAD)的效果图展示图4SEQ图\*ARABIC\s18凹模2D4.5凸模设计（1）型芯径向尺寸的计算LM=[LS(1+S)+x∆]式中：—型芯的最大基本尺寸，单位（mm）—塑件尺寸，单位（mm）,；∆—塑件公差，单位（mmS—塑件平均收缩率；x—综合修正系数，取δz—模具制造公差（mm（2）型芯高度尺寸的计算HM=[H式中：HM—型芯的高度最大基本尺寸，单位（HS—塑件的内形深度最小基本尺寸，单位（mm）∆—塑件公差，单位（mmx—综合修正系数，取x=2/3；δz—模具制造公差，单位（图4SEQ图\*ARABIC\s19凸模3D图4SEQ图\*ARABIC\s110凸模2D图4SEQ图\*ARABIC\s111凸模镶件3D图4SEQ图\*ARABIC\s112凸模镶件2D综上所述，在设计的过程中，每一个零部件的作用都是非常重要的。主流道的设计要考虑料体的流动性，冷料穴能将多余的冷却物质收回，以免遗留的废料导致产品最终的质量下降。浇口的设计对产品的外观美观及功用发挥影响较大。

5导向机构和推出机构的设计导向机构能起到精确定位、引导的作用，由于注件设计结构简单，不存在单项侧边压力，因此选择直导柱做导向，以便确保模具在开启或者关闭后，推杆推进系统在导向上保持稳定的推进以及输出的平衡。本设计采用了四根导柱导套，这样便形成了平衡力作用，使得脱模变得轻松简单。5.1导向机构的总体设计塑料模具的导向系统能够确保模具开合模过程中能够精准定位。通过合理设计，提升导柱、导套和定位螺钉的配合能力，确保其保持准确位置，有利于产品尺寸、形状的统一。塑料模具中的导向系统可以为模具提供一定的支撑作用，辅助模具抵抗注塑生产过程中的压力与力量。因塑料模具导向系统结构较为牢固，有助于模具在注塑过程中定位，以降低模具变形对产品质量的影响。注塑模具的导向机构总体设计应该考虑以下几个方面：（1）导向方式：在注塑模具的设计过程中，不同的导向机构应选择合适的导向方式，在具体指导方式的选择过程中，可以借助滑块指导、导柱指导、滚珠指导等方式。在具体的注塑模具结构以及要求下，通过选择相应的指导方式，可以推动模具中定位准确度以及稳定性的有效提高。（2）定位结构：注塑模具的导向系统需要确保模具在进行开合模过程中的准确定位。定位结构包括导柱、导套与定位销。同时要合理设计导柱与导套之间的尺寸以及配合间隙，从而实现模具的精准定位，而且还要注意导向面积以及摩擦力等因素，防止模具在工作时产生位移或者是卡死的现象。（3）保护装置：注塑模具导向机构需要设有保护性设备来防止误操作或者受其他因素影响而受到损伤。常用保护装置包括限位销和导套等，其作用就是对模具实现运动约束，防止受力过猛而被损伤。（4）润滑系统：导向机构一般配有润滑机构，其可以减少摩擦阻力，增大导向元件的使用寿命，确保注塑模具运行的流畅性。注塑模具导向结构的润滑系统一般通过加润滑油、配置油脂孔、配置润滑器等来保证润滑系统。（5）结构刚度：导向系统是需要能够承受注塑成型过程所产生的力和压力，通过对导向机构结构设计的优化，采取一定的加固措施来提升导向机构的刚性，防止导向机构产生变形而影响模具定位的准确性。如图5-1所示为本次设计的导向机构，采用4对导柱和4对导套，成角对称地分布在模型的四个点上，从而保证了整体模具稳定和刚性强的特点，其中导柱固定在动模上，导套固定在定模上。当要完成闭合时，导柱伴随着动模向着定模方向靠拢，在逐步进入到导套过程中，可实现动模与定模的导向。图5SEQ图\*ARABIC\s11导向零件示意图5.2导柱设计导柱在注塑模具设计中占重要位置，它影响着模具的定位和稳定性。以下是一些常见的注塑模具导柱设计原则：（1）按照模具尺寸大小及重量来考虑模具选用导柱直径和长度。一般导柱直径越大，它所提供的承受能力及稳定性越高。导柱的长度应该适当，使得导柱能够充分伸入导套中，保证定位的准确性。（2）导柱导套间的配合：以合适间隙、合理摩擦是重要的影响，从而有较好的导向性。通常导柱会采用骨架型（圆柱形）或精密型（圆柱形带槽）的设计，相应的导套也应对应。为减小摩擦力以及磨损，导柱与导套之间需加注润滑油。（3）导柱材质：要求有较高强度、较好刚度和良好耐磨性的材料。市场上常用的制作导柱材料有优质碳钢、合金钢、不锈钢等，还可以通过导柱表面镀铬、热处理等措施对其进行改质、增加表面硬度以及抵御腐蚀能力。设计出来的导柱如图5-2所示，导柱的表面粗糙度Ra0.8um，可以减少导柱与导套间的摩擦力；选用材T10A并进行热处理，硬度(表面)50HRC，提高了耐磨性。图5SEQ图\*ARABIC\s12导柱3D5.3导套设计在塑料注射模具导套的设计中，导套主要用来引导、定位以及保护导柱的作用。导套的长度取决于模具的具体结构以及设计要求等。导套一般都会比导柱稍长，以实现导柱能得到充足的支撑保护，且不致使导向柱遭到破坏的目的，而导套内部直径也应当和自己对应的导柱保持相等。为了保障导柱能够顺利嵌入导向杆当中并且做到精准定位，所以导套的直径应当略微大于导柱的直径。如图5-3所示，为保证导套的耐磨性，本次设计采用T10A钢制作并热处理至表面硬度50HRC。另外，为降低导柱与导套之间摩擦力，采用了Ra0.8um的表面粗糙度。同时，导套与模具孔之间配以H7/f7配合，其内尺寸与导柱外径配合时采用了H8/f7的间隙配合。图5SEQ图\*ARABIC\s13导套3D5.4推出机构的设计推出机构是注塑完成以后能使型腔内的产品从模具中顺利推出的机构，主要任务是将模具与塑件进行分离，同时避免损伤注塑件和模具，提高生产效率。注塑模具推出机构设计要求如下：（1）可靠和稳定性：要求其经得住长时间频繁使用，经得住注塑过程中的冲击和压力，保证其正常运转，延长其使用周期。（2）结构设计合理：推出机构设计应合理，既要满足推出力要求，同时需要考虑机构的尺寸要求以及方便装拆要求。常见的推出机构有顶针、顶管、推板等，其结构应根据具体形状和尺寸的注塑件来选择。（3）良好的动作与引导：推出机构的配合和导向非常关键。推出机构与塑件和模具之间的配合和导向应准确无误，确保塑件能够顺利地推出且不出现卡滞或者破损的现象。（4）防撞设计：推出机构设计应考虑到注塑过程中可能发生的撞击和碰撞，采取相应的防撞设计来降低冲击力和保护模具。（5）润滑和保养：推出机构需要定期进行润滑和保养，以保证其灵活运动和稳定工作，延长推出机构的使用寿命。如图5-4所示为本次设计的推出机构，型腔设计为一模两腔，因此每一个型腔位都有8根推杆且均匀分布于自行车脚踏板内部，使自行车脚踏板受力均匀。图5SEQ图\*ARABIC\s14推出机构排布5.5推出机构的计算脱模力及型腔计算(1)脱模力计算t/d=2/40=0.05所以制件为薄壁制件且为圆形断面选公式为：F=8tEScp式中:K2——无量纲系数，其值随f与φ而异，K2=1.0074；E——弹性模量，E=3200Mpa；S——平均收缩率，S=0.5%；L——型芯的包容长度为，L=16mm；f——摩擦因数,查表[4]得f=0.45；φ——脱模斜度，φ=1；u——塑料的泊松比，u=0.32；A——开模方向投影面积；t——塑件厚度，取2.5经计算F=732.16kN(2)推杆直径的确定d=k(L2F式中d—推杆的最小直径，mm；k—安全系数，取k=1.5；L—推杆长度，mm；F—脱模力，N；n—推杆数目；E—钢材的弹性模量，Mpa.带入式中d=k(L2FnE)14＝1.5×(756.8×91为了避免损伤塑件取d=2.5mm(3)推杆直径强度校核σ=4Fnπ式中σ—推杆所受的应力，Mpa；F—nd带入式中σ所选推杆满足要求(4)开模行程校核Smax=180mm.S=S1+S2+10=15+57+10=82≤310mmS1为模具落料件高，S2为浇道长度。5.6冷却系统的简略计算（1）求材料在固化每h时释放的热量QABS的单位重量的塑件在凝固时所放出的热量为Q1=280J/h。W在（每分钟）内注入模具中的塑料质量为（kJ/h），该模具每1分钟注射127次。W=Nm塑（5式中：W—单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量，单位（kg/hN—单位时间内注入模具中的塑料熔体次数，取127次；m塑—单次注射所需塑料熔体质量，取22.2×1.05=23.31代入式中W=Nm（2）求冷却水的体积流量qv=WQs60式中：ρ—冷却水的密度，为1×103㎏/m3c—冷却水的比热容，为4.187KJ/(㎏.℃)；Qs—聚苯乙烯的单位热流量，取290j/sθ1—冷却水出口温度，取30℃θ2代入式中qv=858.44187×(（3）求冷却管道直径d查表得知，当qv=0.205m3/min时，为了让冷却水处于湍流状态，因此取冷却水孔直径d为6mm（处于湍流状态）（4）求冷却水在管道内的流速（5-6）式中：v—冷却水在管内的流速，单位（m/s）；qv—水的体积流量，取qv为0.205m3/mind—冷却水道的直径d，取0.006m。代入式中（5）求h查表取f=7.22(水温为30℃时)（5-7）式中：h—冷却管道管壁与水的模转热系数；f—摩擦力，取7.22v—冷却水在管内的流速，取120.9m/s；d—冷却水道的直径d，取0.006m。代入式中（6）求冷却管道总传热面积A（5-8）式中：A—冷却水道导热面积，单位（m2）；Qs—聚苯乙烯的单位热流量，取290J/sh—冷却管道管壁与水的模转热系数，取8.8×105；∆θ—导热温差，取26.5℃代入式中（7）求模具冷却的孔数n（5-9）式中：n—冷却水道根数，（根）；L—冷却水道总长度，单位（mm）；A—冷却水道导热面积，取0.00221；d—冷却水道直径d，取0.006m。代入式中取n=2，考虑到一模两腔的结构以及产品塑件的型腔分布方式，本文设计了如图5-5所示的冷却系统，上部布置一圈水道，围绕产品塑件，下部一圈水道，围绕型芯散热。图5SEQ图\*ARABIC\s15冷却系统5.7模架尺寸的确定对于整个注塑模具设计来说，模架尺寸的确定是极其重要的，其重点在于模架的结构强性以及稳定性上。以下是确定注塑模具模架尺寸的一些常见原则和方法：（1）注塑机参数：首先考虑的是注塑机的参数以及规格，如最大开模行程、最大模板尺寸以及最大注射力等，根据这些参数确定模架的最小外形尺寸，以保证模具适合注塑机工作要求。（2）模具结构设计：根据塑料制品的形状、尺寸与结构特征来设计出其模具结构，比如型腔、型芯、顶针和冷却系统等等。模架结构的大小我们要考虑模具结构合理的安排及组装的需要，以便型腔型芯在安装后能达到准确的位置和方向以及协同工作。（3）强度计算：通过应力与材料抗拉强度的比较，确定模架的各个零部件的尺寸，包括模板、柱子、滑块等。在这个过程中，需充分考虑模具受力情况，如开模和关模时的压力、注射力等，确保模架不会发生变形或破坏。（4）制造工艺：根据成型工艺方法与精度进行模具结构设计，确保模架的精确性与完整性，兼顾模具组立与拆装的简便性，合理设置尺寸，提高模具的可维护与可使用性。根据以上设计原则，本文采用标准模架。（1）定模座板（400mm×250mm、厚25mm）定模座板是连接固定的板材，材料45钢。（2）型腔板（400mm×250mm、厚70mm）该设计为二次分型，凹模形式采用整体式。（3）动模垫板（400mm×250mm、厚7mm）支撑板应具有较高的平行度和硬度，材料45钢，调质230~270HB。（4）垫块（48mm×400mm、厚80mm）平行垫块，材料为球墨铸铁。（5）推杆固定板（150mm×400mm、厚15mm）材料45钢。（6）动模座板（300mm×400mm、厚25mm）基于上述结构设计，本文绘制自行车脚踏板注塑模具的三维与二维装配图，如下图5-6，5-7所示。图5SEQ图\*ARABIC\s16自行车脚踏板注塑模具上面所展示出来的是一个完整的注塑模具，通过绘图软件(ug)中完成模具的制作。在绘模具图形的过程中，需要确保它的完整性，同时还确保它的准确性，所以在设计过程中进行了多次调试，最终的注塑模具的效果如上图所示。图57自行车脚踏板注塑模具2D6总结与展望6.1总结在本次毕业设计中，首先通过对自行车脚踏板零件进行塑料模具设计，包括对产品结构以及材料是否可以注塑，进行注塑分析。其次运用3维UG软件估算出该产品重量以及选定相应的注射机设备。再对其进行注塑模具结构设计：如模具浇注系统、成型系统、顶出系统、导向系统、冷却系统等等。经