饮料瓶盖注射模毕业设计

1、 1 塑料盖注射模设计 摘 要： 模具制造技术迅速发展， 已成为现代制造技术的重要组成部分。 如模具的 CAD/CAM 技术， 模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术。本设计介绍了塑料盖 注射模的设计与制造方法。该注射模采用了 1 模 2 腔侧抽芯的结构。 关键词： 塑料盖；注射模具；设计 The plastic covers the injection mold design ABSTRACT：mold manufacture technology rapid development, has become the modern manufacture techno

2、logy the important constituent. If the mold CAD/CAM technology, the mold laser fast takes shape the technology, the mold precise formed technology, the mold ultra precise processing technology. This design introduced the plastic lid injects the mold the design and the manufacture method. This inject

3、ion mold used 1 mold 2 cavities sides to pull out the core the structure. Keyword：Plastic lid Injection mold design 2 前言 1.1 概述 模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母” 。在塑料制品生产过程中，模具的设计 是相当重要的一环；因为模具的好坏直接影响到塑件质量，以及价格的高低。所以作为一名模具设 计者，应该具备以下基本要求：模具的结构基本合理；能够实现塑件的自动脱模；在此基础上尽可 能优化结构，降低优化结构和成本。 1.2 国内的发展情况6 目前国内模具行业的基本

4、情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅 发展，模具设计制造日渐 受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、 制造周期长、寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，需要每 年花几百万.上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。 目前存在的主要问题是： （1）目前虽然我国从事塑料设计的人员不少，但大多专业知识不够丰富，没有受过系统专门 系统的训练，所以高水平的设计人员不多；专业书籍缺乏，没有一套我国自己的设计理论与设计 数据，大多数模具设计者都是依靠自己的设计经验来设计新的模具，知识更新很慢。 （2）从

5、设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于模具使用受 命不长，特别是冷却系统和热流道技术，在这方面与国外的差距更大。 （3）从模具材料看，我国的塑料模具钢起步时间不长，而国际上塑料模具钢的品种则有很多 可供选择。目前，我国虽然也有个别品种诸如预硬化钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国 产的钻头、端铣刀等切削工具难以切削诸如 HRC40 等很硬的钢。 （4）从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，加工出来的模具表面精 度很难达到国外水平，检测手段落后，模具装配水平不高，导致容易出现溢料或错位现象。 为了提高模具企业的设计水平和加工能力。中国模具协会向全国模

6、具行业推荐适合于模具企 业用的 CAD/CAM 系统。但国内优秀的 CAD/CAM 系统很少，只有少数适合模具行业应用。而国 外购买的虽有强大的三维曲面造型能力.强大的结构有限元分所能力.强大的计算机辅助制造能力. 产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支持。 1.3 国外的发展情况 国外的模具发展状况具体表现为以下七个特征5 （1） 集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人和管理的集成。在开发模 式制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成， 3 这更适合未来制造系统的需要。 （2） 智能化技术 应用人工智能技术实

7、品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的 CAD 几何模型的重新构造。这种过 程就是反求工程 RE。建立了 CAD 几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许 多操作4。 （7） 快速成形制造技术 快速成形制造技术 RPM 基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度无 关，尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设 计评估.装配校检.功能实验。而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具，从而避免了 传统模具制造的费时和耗成本的 NC 加工，因而 RPM 技术在模具制造中发挥着重要的作用。 1.2 本课题的研究

8、内容、要求、目的及意义 1.2.1 本课题的研究内容：做饮料瓶盖塑料模具设计，使该塑料模结构简单，型腔.型芯等 机构设计合理， 并实现侧抽芯脱模。 并书写开题报告， 和模具说明书。 根据说明书画模具 CAD 图。 1.3 本课题的研究要求 （） 此塑件外表面有花纹，并且要光滑。 （） 要使注射模结构简单，并有侧抽芯。 （） 流道设计合理，可保证产品质量并且又节约生产原材料。 （） 了解 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的性能.特性和设计时的要求。 1.4 本课题的研究目的 （） 检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。 （） 步掌握进行模具设计的方法.过程，为将来走向工作岗位进行科技开发

9、工作和撰写科研 论文打下基础。 （） 培养自己的动手能力.创新能力.计算机运用能力。 1.5 研究意义 4 （） 对于模具的设计可以从选材到设计到成型有一个完整的了解和初步的掌握。以进一步 的熟练掌握 AuToCAD 的运用。 （） 锻炼自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作作准备。 5 1 分析制品及材料工艺性 1.1 分析制品原材料的工艺性 给定的塑件材料选用 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）塑料。 1.1.1 ABS 的基本特性 ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯 3 种单体合成的。每种单体都具有不同性能：丙烯腈有高 强度、热稳定性及化学稳定性，使 ABS 有良好的耐化

10、学腐蚀性及表面硬度；丁二烯具有坚韧性、 抗冲击特性，使 ABS 坚韧；苯乙烯具有易加工、高光洁度、高强度，使 ABS 有良好的加工和染 色性能。 ABS 无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。有极好的冲击强度，且在低温下 也不迅速下降。水、无机盐、碱、酸类对 ABS 几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形 成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS 表面受冰醋酸、植 物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过 调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高， 性能：综合性能较好，冲击韧度、力学性能较高，尺寸稳定而

11、化学性、电气性能良好；易于 成形和机械加工，与此相反 372 有机玻璃的熔接性良好，可作双色成形塑件，且表面 可镀铬。 用途：适于制作一般机械零件、减摩耐摩零件、传动零件以及化工、电器、仪表等零件。 1.1.2 成形特性 1）无定形塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也有差异，应按品种确定成形方 法及成形条件。 2） 吸湿性强，含水量应小于 0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干 燥。 3） 流动性中等，溢边料 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸脂,聚氯乙烯 好） 。 4） 比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型

12、树脂，料温更 宜取高） 。料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温度为 250左右，比聚苯乙烯易 分解） ， 对要求精度较高塑件， 模温宜取 5060， 要求光泽及耐热型料宜取 6080。 注射压力应比聚苯乙烯高， 一般用柱塞式注射机时料温为 180230， 注射压力为 100 140MPa，螺杆式注射机则取 160230，70100MPa 为宜。 5） 模具设计时要注意浇注系统，分流道及浇口截面要大，选择好进料口位置、形式，推出力 过大机械加工时塑料件表面呈现“白色”痕迹（但热水中预热可消失） ，在成型时的脱模 斜度2，收缩率取0.5。 6 1.1.3 ABS 的成型条件，见表 11 表

13、11 ABS 的成型条件 注射成型机类型 螺杆式 密度（ 3 kg dm） 1.031.07 计算收缩率 0.30.8 温度() 8085 预热 时间(s) 23 后段() 150170 中段() 165180 料筒温度 前段() 180200 喷嘴温度() 170180 模具温度 1() 5080 注射压力(MPa) 60100 注射时间(s) 2090 高压时间(s) 05 冷却时间(s) 20120 成型时间 总周期(s) 50220 螺杆转速（r/min） 30 适用注射机类型 螺杆式、柱塞式均可 方法 红外线灯、烘箱 温度（） 70 后处理 时间（h） 24 说明：该成形条件为加工通

14、用级 ABS 料时所用，苯乙烯-丙烯腈共物（即 AS）成形条件与上相似。 1.2 分析塑件的结构工艺性 该塑件是一饮料瓶盖，塑件壁薄属薄壁塑件，其塑件图见图 12.1. 7 图 12.1 饮料瓶盖 1）结构分析 从塑料制品图可见，该制品整体结构比较简单，多数为曲面特征。 2）尺寸精度分析 该制品除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低， ，一 般精度等级（MT5） ，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。 3） 表面质量分析 该零件表面质量要求较高， 外表面不得有熔接痕、 气痕、 飞边等缺陷产生.。 综合分析可以看出，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，该制品的成型要求可以得到保

15、证。 为了满足制品表面光滑的要求与提高成 与美观效果。 8 9 二 拟定模具结构形式 2.1 分型面位置的确定 模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，分型面是决定模 具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切关系，并且直接影响着塑 料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气 情况也与分型面的开设密切相关。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。 分型面的选择应注意以下几点： 1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的 截面

16、 积最大，否则塑件无法从形腔中脱出。 2） 保证制件的精度和外观要求 与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证 其精 度，应尽可能设置在同一半模具腔内。因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的 痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 3） 考虑满足塑件的使用要求 注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度、推杆及浇口痕迹等，选择分型面 时， 应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。 4） 考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适 5） 考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积 6） 确定有利的留模方式，便于

17、塑件顺利脱模 从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时， 则对 型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要 部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会 对型芯产生包紧力。 7） 不妨碍制品脱模和抽芯 在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的侧凹或侧孔。一般机械 式分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。 8） 有利于浇注系统的合理处置。 10 尽可能与料流的末端重合，以利于排气。 9） 分型面应使模具分割成便于加工的部件，以

18、减少机械加工的困难。 根据塑件结构形式，本设计分型面如图 21 所示。 图 21 分型面 2.2 型腔数目的确定 型腔指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他 都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此 必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔型腔。其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称 为型芯。为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模 具设计时应确定型腔数目。 注射模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔，每一次注 射生产多个塑件。每一副模具中，型腔数目的多

19、少与下列条件有关系。 1) 塑件尺寸精度 型腔数越多时，精度也相对地降低。 2) 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看， 多腔 11 模比单腔模具低。 3) 注塑成形的生产效益 多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长 而 维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 4) 制造难度 多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。 塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模 具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。影响最显著

20、的是塑件的壁厚和形状的复杂程度。 该塑件精度要求一般（MT5） ，根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一 种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与 模具中主流道衬套的轴线平行。对于第二种布置方式，则要求模具侧向分模，这里拟采用 1 模 2 件的结构，冷却系统和推出机构的设计都较第二种方式有利。型腔的结构采用滑块对称的结构。 根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用一模二腔 的形式。 图 22 分型面 2.3 型腔的布局 多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置 12 密切相关，因而型腔

21、的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每一个型腔都 通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔， 使各型腔的塑件内在质量均 ， 为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同。 要指出的是，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件，不同塑件原则上不应该用同 一副多模腔模具生产。在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的设计，不过有 时为了节约，特别是成型配套式塑件的模具，在生产实践中还使用这一方法，但难免会引起一些 缺陷，如有些塑件发生翘曲、有些则有过大的不可逆应变等。 本 设 计 成 型 同 一 塑 件 ， 且 壁

22、 厚 均 匀 ， 故 采 用 平 衡 式 ， 布 局 如 图 2 3 所 示 ： 图 23 型腔的布局 13 三 注射机型号的选择 3.1 注射机选择标准 注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该结注射机有关技术规范进行必要的 了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。选用注射机时，通常是以某塑 件的（或模具）实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机型的公称 注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸进行校核 在模具设计时，根据产品几何尺寸及模具结构特点，尽可能选用适合的注塑机以充分发挥设 备的内在能力。应该根据以下几个方面： a 通常

23、影响注塑机选择的重要因素包括模具、产品、塑料、成型要求等； b 模具尺寸(宽度、高度、厚度） 、重量、特殊设计等； c 使用塑料的种类及数量（单一原料或多种塑料） ； d 注塑成品的外观尺寸（长、宽、高、厚度） 、重量等； e 成型要求，如品质条件、生产速度等。 在选择一台注射机时，应特别注意以下方面： a 选对型: 由产品及塑料决定机种及系列。由于注塑机有非常多的种类，因此一开始要先正确 判断此产品应由哪一种注塑机， 或是哪一个系列来生产， 例如是一般热塑性塑胶或电木原料或 PET 原料等，是单色、双色、多色、夹层或混色等。此外，某些产品需要高稳定（闭回路） 、高精密、 超高射速、高射压或快

24、速生产（多回路）等条件，也必须选择合适的系列来生产。 b 放得下 ：由模具尺寸判定机台的“大柱内距” 、 “模厚” 、 “模具最小尺寸”及“模盘尺寸” 是否适当，以确认模具是否放得下。模具的宽度及高度需小于或至少有一边小于大柱内距；模具 的宽度及高度最好在模盘尺寸范围内；模具的厚度需介于注塑机的模厚之间；模具的宽度及高度 需符合该注塑机建议的最小模具尺寸，太小也不行。 c 拿得出 ：由模具及成品判定“开模行程”及“托模行程”是否足以让成品取出。开模行程 至少需大于成品在开关模方向的高度的两倍以上，且需含竖浇道（sprue）的长度； 托模行程需足够将成品顶出。 d 锁得住 ：由产品及塑料决定“锁

25、模力”吨数。当原料以高压注入模穴内时会产生一个撑模 的力量，因此注塑机的锁模单元必须提供足够的“锁模力”使模具不至于被撑开。锁模力需求的 计算如下： 1）由成品外观尺寸求出成品在开关模方向的投影面积； 2）撑模力量成品在开关模方向的投影面积(cm2)模穴数模内压力(kg/cm2); 3）模内压力随原料而不同, 一般原料取 350400kg/cm2; 4）机器锁模力需大于撑模力量，且为了保险起见，机器锁模力通常需大于撑模力量的 1.17 倍 14 以上。至此已初步决定夹模单元的规格，并大致确定机种吨数，接着必须再进行下列步骤， 以确认哪一个射出单元的螺杆直径比较符合所需。 e 射得饱: 由成品重

26、量及模穴数判定所需“射出量”并选择合适的“螺杆直径” 。计算成品重 量需考虑模穴数（一模几穴） ；为了稳定性起见，射出量需为成品重量的 1.35 倍以上，亦即成品 重量需为射出量的 75以内。 f 射得好 ：由塑料判定“螺杆压缩比”及“射出压力”等条件。有些工程塑料需要较高的射 出压力及合适的螺杆压缩比设计，才有较好的成型效果，因此为了使成品射得更好，在选择螺杆 时亦需考虑射压的需求及压缩比的问题。一般而言，直径较小的螺杆可提供较高的射出压力。 g 射得快 ：及“射出速度”的确认。有些成品需要高射出率速射出才能稳定成型，如超薄类 成品，在此情况下，可能需要确认机器的射出率及射速是否足够，是否需

27、搭配蓄压器、闭回路控 制等装置。一般而言，在相同条件下，可提供较高射压的螺杆通常射速较低，相反的，可提供较 低射压的螺杆通常射速较高。因此，选择螺杆直径时，射出量、射出压力及射出率（射出速度） ， 需交叉考量及取舍。 此外，也可以采用多回路设计，以同步复合动作缩短成型时间。有一些特殊问题可能也必须 再加以考虑： a 大小配的问题：在某些特殊状况下，客户的模具或产品可能模具体积小但所需射量大，或 模具体积大但所需射量小，在这种况下，厂家所预先设定的标准规格可能无法符合客户需求，而 必须进行所谓“大小配” ，亦即“大壁小射”或“小壁大射” 。所谓“大壁小射”指以原先标准的 夹模单元搭配较小的射出螺

28、杆，反之， “小壁大射”即是以原先标准的夹模单元搭配较大的射出螺 杆。当然，在搭配上也可能夹模与射出相差好几级。 b 快速机或高速机的观念：在实际运用中，越来越多的客户会要求购买所谓“高速机”或“快 速机” 。一般而言，其目的除了产品本身的需求外，其他大多是要缩短成型周期、提高单位时间的 产量，进而降低生产成本，提高竞争力。通常，要达到上述目的，有几种做法： c 射出速度加快：将电机马达及泵浦加大，或加蓄压器（最好加闭回路控制） ； d 加料速度加快：将电机马达及泵浦加大，或加料油压马达改小，使螺杆转速加快； e 多回路系统：采用双回路或三回路设计，以同步进行复合动作，缩短成型时间； f 增加

29、模具水路，提升模具的冷却效率。 15 3.2 注射量的计算 1) 塑件质量、体积的计算 通过 Pro/E 建模分析： 塑件体积 1 v 3 1 12.716vcm= 塑件质量 1 m 1 13.352mg= 流道凝料的质量 21 0.6mnm= 注射量 121 1.642.726mmmnmg=+= 3 42.726/1.0540.691vcm= 2) 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 2 A在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的 统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积的 0.20.5 倍。因此可用 1 0.35nA来进行估算，

30、 所以： 2 12111 0.351.351.35 2 3162.0458537.522AnAAnAnAnAmm=+=+= = 66 8537.522 1035 10298.813FAPkN = 式中 行腔压力 P 取 35MPa 3.3 注射机型号的选定 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算。可选用 SZ200120 型注射机，见表 31 3.4 型腔数量及注射机有关工艺参数的校核 3.4.1 型腔数量的校核 由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n 16 2 1 /36000.8 70 300.6 2 13.352 382 1.6 2 13.352 kMtm n m = 合格 示中 k：注

31、射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8 M：注射机的额定塑化量（70g/s） t：成型周期。 （因为本设计的零件体积比较，所以成型周期可以根据各种情况缩 短 一点，在此取 30s） 其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。 表 31 注射机主要技术参数 理论注射容量（ 3 cm） 200 螺杆直径（mm） 40，42 注射压力（MPa） 165，150 注射速率（g/s） 120 塑化能力（g/s） 70 螺杆转速（r/min） 0220 喷嘴球半径（mm） 15 锁模方式 双曲轴 锁模力（kN） 1200 拉杆内间距(mm) 355385 移模行程(mm) 350 最大模

32、厚(mm) 400 最小模厚(mm) 230 模具定位孔直径(mm) 125 喷嘴球直径(mm) 15 3.4.2 注射机工艺与安装参数的校核 1）注射量校核 查塑料制品成型及模具设计附录 F 知，SZ200/120 型注射机最大注射量 2001.05 0.8=168g，本模每次注射所需塑料的总质量约为 42.726g。能满足要求。 2）锁模力校核 查塑料制品成型及模具设计附录 F 知，SZ60/40 型注射机最大锁模力 F 锁=1200kN，而 17 P 模 66 8537.522 1035 10298.813FAPkN =，故能满足 F 锁P 模 A。 3）最大注射压力校核 查塑料制品成型

33、及模具设计附录 F 知，SZ200/120 型注射机额定注射压力为 200MPa， 而 ABS 塑料成型时的注射压力 P 成型=7090MPa，故能满足 P 注P 成型的要求。 4）最大和最小模具厚度校核 查塑料制品成型及模具设计附录 F 知，SZ200/120 型注射机所允许模具的最小闭合厚度 为 Hmin=250mm，最大闭合模厚为 Hmax=400mm，而本设计的模具厚度为 Hm=366mm，即模具满 足 HminHmHmax 的安装要求。 5）模具在注射机上的安装尺寸 从标准模架外形尺寸 280mm300mm366mm 上看，小于 SZ200/120 型注射机拉杆内向 距 355mm3

34、85mm，能满足模具安装和拆卸要求。 6）开模行程的校核 查 塑料制品成型及模具设计 附录 F 知， SZ200/120 型注射机的最大开模行程为 S=350mm， 能满足模具推出制品所需开模距 S=h 件+h 浇+（510）mm=60+137+197=207mm 的要求。 18 四 浇注系统的设计 浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，它的作用是将塑料熔体 顺利的充满型腔的各个部位。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。注射成型的基 本要求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔，影响顺利充模的关键之一就是 浇注系统的设计。普通流道浇注系统由主流道、分

35、流道、浇口、冷料穴四部分组成。 4.1 主流道设计 主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆 形，带有一定的锥度，其主要设计要点为： 1）主流道圆锥角=23对流动性 差的塑料可取 36，内壁粗糙度为 Ra0.63um。 主流道大端呈圆角，半径 r=13mm，以减小料流转向过渡的阻力。 2）在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于 60mm，过长则会影响熔体的顺 利充型。 3）对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下是将主流道衬套和 定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座采用 H7/m6 过渡配合，与

36、 定位圈的配合采用 H9/f9 间隙配合。 4.1.1 主流道尺寸 根据所选注射机，则主流道小端尺寸为： d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）=3+1=4mm 主流道球面半径为： SR=喷嘴球面半径+（12）=16mm 4.1.2 主流道衬套形式 19 图 41 主流道衬套 本设计虽然是小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体 式，主流道长度约等于定模板的厚度（见模架的确定和装配图） 。衬套如图 41 所示，材料选用 T10A 钢，热处理淬火后表面硬度为 5055HRC。 取 d=4mm =3 则 sin3 42525.9 cos3 Dmm =+ = 主流道凝料体积为：

37、 22 33 4.05.9 ()52 442 1000.192051.2 n qd L mmcm + = = 4.1.3 主流道剪切速率校核 根据实际生产经验可知，主流道、分流道的剪切速度一般为 10 5 2 10 5 3 () s 1 ，在模具 设计过程中要进行剪切速度的校核，以保证能够顺利注射成型。 由经验公式 131 33 3.33.3 28.614 1971.555 10 3.14 0.248 v n q ss R = 式中 v qqqq=+ 分主塑件 1.2 1.982 12.716 2=+ 20 3 28.614cm= (45.9)/2 2.4750.248 2 n Rmmcm +

38、 = 4.2 分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔模 具必定设置分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口是也要设置分流道。 4.2.1 分流道布置形式 分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的 分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道。 图 42 分流道 4.2.2 分流道长度 在本设计中结合实际情况，取 L=101mm 4.2.3 分流道的形状及截面尺寸 分流道截面有圆形、矩形、梯形 U 形和六角形等等。为了减少流道内的压力损失和传热损失， 要尽量把流道的截面积设计得大些，表面积小些。因此可以用流道的

39、截面积与其周长的比值来表 示流道的效率，各种截面分流道的效率如图所示 图 43 分流道的截面形式和效率 从图中可见，圆形和正方形流道的效率最高。一般分型面为平面时，通常采用圆形截面的流 21 道。由于本设计采用一模二腔的点浇口，为了取出分流道凝料，且凝料在两个平板之间，故采用 的是圆形截面。 因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗地估计分流道的 直径， 常用塑料的分流道直径推荐值如 塑料制品成型及模具设计 表 4-3。 对于壁厚小于 3mm， 质量在 200g 以下的塑件，可用以下经验公式确定分流道的直径： 4 2654. 0LWD = 式中 W流经分流道的塑料量 （g） L分

40、流道长度 （） D分流道直径， （） 其中 VnmnW= n为型腔数目 m为塑件质量 （g） 在本设计中结合实际情况，取 L=101mm W=26.70g 则 4 0.265426.70 1014.35D =。 取 D=5mm 式中 m 流经分流道的塑料量（g） ； L 分流道的长度（mm） ； D分流道的直径（mm） 。 4.2.4 分流道凝料体积 分流道截面积： 222 1 ()519.63 24 D Amm= 分流道长度：101Lmm= 凝料体积： 3 19.63 1011.98qcm= 分 4.2.5 分流道剪切速率校核 剪切速度经验公式为： 3 3.3q r Rn = 式中 r剪切速

41、率() s 1 ； 22 q熔体的体积容量s cm3 ； Rn表征流道断面尺寸的当量半径()cm； 3 0.600.60 200 120 1 n Qv qcm = 1 3 3.3 120 4659 3.14 0.3 s = 在 10 5 2 10 5 3 () s 1 之间所以满足要求。 式中 v制品体积() cm3，通常取 V=（0.50.8） n Q n Q为注射机公称注射量 3 cm； n Q注射机公称注射量() cm3； 注射时间由中国模具设计大典表 9.2-1 查得 ABS 塑料的注射时间为 1s； 4.2.6 分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度并不要求很低，一般取 0.8um1

42、.6um 即可，在此取 1.6um。 4.3 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位 置和尺寸对塑件的质量有很大的影响。浇口的主要作用有如下几点： 1）熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。 熔体在流经 尺 寸应根据不同的浇口类型来确定。 在进行浇口设计时要遵循以下几个基本原则： 1）应开设在使型腔各个角落同时充满的位置。 2）应开设在制品较厚的部位，以利于补缩。 3）应有利于型腔气体的排出。 4）开设在不影响制品外观的部位。 5）不要开设在制品承受弯曲载荷或冲击载荷的部位。 6）尽量选在避免产生熔接痕的位置

43、。 23 浇口的形式多种多样，但常用的浇口有如下 11 种：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、 环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口等。因为本设计的塑 件表面质量要求较高，外表面不得有熔接痕、气痕、飞边等缺陷产生，有较高的光亮要求，故采 用点浇口。 点浇口是截面形状小如针点的浇口，应用范围十分广泛，它具有如下优点： 1）可显著提高熔体的剪切速率，使熔体黏度大为降低，有利于充模。这对于 PE、PP、PS 和 ABS 等对剪切速率敏感的熔体尤为有效。 2）熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，黏度再次下降，使熔体的流动性更好。 3）有利于浇口与制品的自动分

44、离，便于实现制品生产过程的自动化。 4）浇口痕迹小，容易修整。 5）在多型腔模中，容易实现各型腔的平衡进料。 6）对于投影面积大的制品或者易于变形的制品，采用多个点浇口能提高制品的成型质量。 在本设计中，塑件表面要求不留下痕迹，不影响外观，结合塑件为薄板状结构，为减少翘曲 变形，故采用多点浇口（橄榄形或菱形浇口）具体表示形式见图 4-4： 图 44 点浇口 4.4 冷料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或者处于分流道的末端，防止冷料进入模具型腔而影 响制品质量。冷料穴分两种，一种专门用于收集、贮存冷料，另一种除贮存冷料外还兼有拉出流 道凝料的功用。 1) 分流道冷料穴 根据需要，冷料

45、穴不但在主流道的末端，而且可在各分流道转向的位置，甚至在型腔的末端 开设冷料穴。冷料穴应设置在熔体流动方向的转折位置，并迎着上游的熔体流向，如图所示。冷 料穴的长度通常为分流道直径 d 的1.5 2倍。本设计中需要设计在分流道末端。 24 图 45 分流道冷料穴 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。在封闭模腔中成型塑件， 为了减小模腔中脱出时的阻力，要求塑件应带有适当的脱模斜度，也要求模具两半部分的接触面 （即分型面） 。 本设计参考图 3-1 分型面示意图 应相对于所成型的塑件，安排适当的位置，这就要正确的选择分型面。分型面的选择原则是： （一）便于塑件脱模 （1）在

46、开模时尽量使塑件留在动模内； （2）应有利于侧面分型和抽芯； （3）应合理安排塑件在型腔中的方位； （二）考虑和保证塑件的外观不遭损坏 （三）尽量保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等） （四）有利于排气 （五）尽量使模具加工方便 分型面一般设在塑件断面尺寸最大处， （详图见装配图） 。 4.5 排气槽的设计 在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的 低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件 局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置，排气 深度（或间隙）0.025mm。 1）排

47、溢设计：排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。 2）引气设计：对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被 排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的 25 作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。 3）排气系统有以下几种方式： 利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变 形，必须设置进气装置。 4）该套模具的排气方式有 a.利用模具的分型面排气； b.对于组合式型芯可利用其拼和的缝隙、零件配合的间隙 五 模架的选用及尺寸确定 通过前面的

48、设计及计算工作，便可以根据所定内容确定模架。模架部分可以自己设计，也 可以选用标准模架；在生产现场模具设计过程中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形 式，规格及标准代号，因为标准件有很大一部分已经标准化，随时可在市场上买到，这对缩短 制造周期，降低制造成本时极其有用的。 而标准件则包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用 标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。 此外，在模架尺寸确定之后，对模具有关零件进行必要的强度或刚度校核，看所选模架是 否符合要求， 尤其对大型模具， 这一点 尤为重要。 设计模具时， 开始就要选定模架。 当

49、然选用模架时要考虑到塑件的成型、 流道的分布形式以及顶出机构的形式等 因素。 本 设 计 采 用 龙 记 标 准 模 架 BI2330A80B40，各模板尺寸如下图所 示： 图 51 模架模型图 型芯镶件尺寸：250mm*290mm*55mm 26 六 成型零部件设计 成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凸模、凹模、成型杆、成型块等。设计时 应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进料口、分型面、排气部位、 脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零 件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等 在工作中，成型零件承受高温高压塑件熔

50、体的冲击和磨擦。在冷却固化中形成了塑件的形 体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服塑件的粘着力。成型零件在充模保压阶段承受很高 的型腔压力，它的强度和刚度必须在许可范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加 工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。 6.1成型零件的材料选择 构成型腔的零件统称为成型零件，本例的模具成型零件包括凸模、凹模和侧抽芯部件。由 于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强 度、刚度、硬度、耐磨力以承受塑料的挤压力和料流的磨擦力和足够的精度和表面光洁度，以 保证塑料制品表面光高美观，容易脱模，一般来说成型零件都应进行热处理，使其

51、具有 HRC40 以上的硬度，如成型产生腐蚀性气体的塑料如聚氯已烯等。还应选择耐腐蚀的钢材。 根据塑件表面质量要求， 查 塑性成型工艺与模具设计 附录 G （常用模具材料与热处理） ， 本设计成型零件选用 3Cr2Mo 调质处理，硬度55HRC,耐磨性号好且处理过程变形小。还有较 好的电加工及耐腐蚀性。 6.2 PRO/E 中的模具模块设计 传统的成型零件设计方法一般为根据塑件结构及精度尺寸，并考虑塑料收缩率，计算出成 型零件的工作尺寸，这种方法有以下几个缺点： A.自由曲面的设计比较难； B. 曲面的尺寸不易表达清楚； C.计算量大，设计效率低。 为了克服以上缺点，本次设计中采用了目前在模具

52、设计制造行业具有领先地位的 PRO/ENGINEER 设计软件进行成型零部件的设计。 。 利用 PRO/ENGINEER 内置的模具设计模块进行设计一般有以下几步： a.在设计的塑件外层生成一个大小合理的胚料，胚料即以后生成的凹模凸模的大小； b.输入塑件材料的收缩率，为后面生成成型零件提供参数； c.用 cut 命令设计浇注系统的主流道、分流道及浇口（也可在生成模具成型零件后再完成 浇注系统的设计） ； d.用 parting surf 命令设计出分模面（包括主分模面及侧型芯分模面） ； 27 e.采用 split 命令进行自动分模，生成成型零件，同时检测分模面是否有问题； f.用 mold

53、ing 命令对模腔进行填充，生成浇注件。 g.用 mold opening 定义模具开模动作生成爆炸图。以下对凹模、凸模的设计分述。 6.2.1.分模面设计 能 够顺利的进行开模，通常把在 PRO/E 中进行补面的过程称为“靠破孔” 。此模具的型腔设计 在两个对称的滑块上，通过滑块的滑动进行分型，这也是这套设计的特色之处。其分模设计如 下图所示： 图 61分模面 6.2.2 凹模结构设计 凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其结构不同可分为整体式和组合式两大类，而组合 式又可分为嵌入式组合、镶拼式组合及瓣合式等。 1.整体式凹模 由一整块金属加工而成，其特点是牢固，不易变形，因此对于形状简单，容

54、易制造或形状 虽然比较复杂，但保可以采用仿形机等殊须加工方法加工的场合是适宜的。整体结构有如下优 点： a.成型零件的刚性好； b.模具分解组合容易； c.零件数量少； d.制品表面分型痕迹少； e.模具外形尺寸可以减少。 整体结构的缺点如下： 28 a.难以排气； b.需要采用精密磨削加工； c.制品的棱边，拐角处难以加工成角形； d.当塑料制品形状复杂是，其型腔的加工工艺性较差 一般此类成型零件都是在淬硬后在进行加工，所以整体结构的模具采用电火花成型加工为 主、铣削加工、磨削加工、电火花线切割为辅的加工方法，并且在先进的型腔加工机床还未普 遍应用之前，整体式型腔一般只用在形状简单的小形塑件

55、的成型。 2.组合式凹模 组合式型腔是由两个以上零件组合而成的。这种型腔改善了加工工艺性，减少了热处理变 形，节约了模具贵重材料，但结构较复杂，装配比较麻烦，塑件制品表面可能留有镶拼痕迹， 组合后的型腔牢固性较差。因此，这种型腔主要用于形状复杂的塑料制品的成型。 组合式型腔的组合形式很多，常见的有嵌入式、镶拼式及瓣合式几种： 嵌入式组合型腔： a.整体嵌入式组合型腔。对于小型塑件采用多型腔塑料模成型时，各单个型腔一般采用冷 挤压、电加工、电铸等方法制成，然后整体嵌入模中。型腔镶件的外形通常是带台阶的圆柱形， 先嵌入型腔固定板后，再用支撑板、螺钉将其固定；如要求严格定位时，可用销钉或平键定位 防

56、转。 此型腔形状及尺寸一致性较好，更换方便，可节约贵重金属，但模具体积较大，用特殊加 工法。 b.局部镶嵌式组合型腔。为了加工方便或由于型腔某一部位容易磨损，需要更换者采用局 部镶嵌的办法，此部位的镶件单独制成，然后嵌入模体。 c.瓣合式组合型腔。它是以两个对合滑块来成型塑件整个侧向外型，侧向分型面必须经过 中心线。瓣合模成型的塑件在外型上会留下拼合缝。因此在模具的使用期内，应该保持侧滑快 的拼和精度和足够的侧向压力。对于螺纹接头，明显的拼合缝会影响旋合连接功能。对于笔套 类塑件，唯一可取的分型面必须设在弹性夹头的最高凸起处。 此外还有镶拼式等组合型腔形式，镶拼式组合模具虽然具有强度和刚度较差，制造成本高的 问题，但是由于它具有但由于它具有良好的互换性，型腔成型部分容易损坏，可以在损坏时进行 互换，简化了模具的维修过程，同样节省了成本；而且它可以合理