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摘 要 目前，随着塑料工业迅猛发展，塑料制品已遍布到现代工业和日常生活的每个 角落。塑料模具工业已经有了空前的发展。塑料模具行业成为国家工业发展的重要 基础行业，各种先进技术广泛应用于模具行业。而计算机辅助设计及辅助制造 （CAD/CAM）技术作为一项重要的技术手段，正越来越广泛的在模具行业得以应 用。为了了解塑件的制造过程，模具设计过程，本论文介绍了鼠标底盖结构特点,详 细阐述了鼠标底盖的注射模流程,重点分析了鼠标底盖凸模、凹模、挂钩结构及它们 的技术难点。综述了国内外注塑模研究成果，提出了我国注塑模的发展方向；根据 制品的图纸及其使用性能，选择了塑料的牌号及注射成型的方法；分析了塑件的性 能及尺寸精度；阐述了塑料的性能，成型特性及工艺参数；选择了成型设备及模具 各个部件的材料；论文重点讨论了模具结构设计的详细过程，包括进料系统设计、 成型零部件的工作尺寸计算及结构设计与强度计算、合模导向结构设计、顶出脱模 结构设计、排气结构设计、冷却系统设计。利用 CAD，将三维零件模型进行装配建 模，在 UG 环境下利用零件几何信息，进行模具的模拟加工和 NC 编程。论文最后 概述了计算机辅助制造（CAM）在塑料模具行业中的应用情况。 关键词：塑料模具；鼠标底盖；注射模；凸模；凹模；挂钩 Abstract At present, with the fast and abroad development of the plastic industry, Application of the plastic products is becoming more and more common in industry and our daily life. Now，great progress has been made in the industry of plastic mold. Plastic mould industry has become an important part of the national industry that advanced manufacturing technology should be applied deeply and wildly. As a key technology, CAD/CAM is increasingly used in plastic mould design and manufacturing. In order to understand the manufacturing process of plastic mold and know how to design injection mould, The structure characteristics of the base of mouse base were introduced.And the processes of the injection mould of Figure-analyzed apparatus were stated in detailed.Punch and matrix of Figure-analyzed apparatus and the structruce of pothook and their technical difficulty were analyzed. Research results of the home and abroad are summarized and then developmental direction of the injection mould is brought forward in the thesis。The pattern of plastic as well as the method of forming injection moulds should be both selected on the strength of the chart, function, and the property of products. Technical property and dimensional accuracy of the plastic products are explained in the thesis. The material property, formation character, and technical parameters of plastic are also discussed in the thesis. The plastic injection machine is selected and the material of die parts is also provided in the thesis. The thesis lays its emphasis on the introduction of mould structure design, which includes designing injection systems, the structure computation of the mold parts and checking the working dimension of formed details, as well as strength analysis, the design of the backup mechanism, guiding mechanism, ejector, venting and cooling mechanism. In this paper, CAD is employed in the design of three- dimensional and the assemble modeling of the mould. NC programming and process simulation is done in UG. In the end, the application of the CAM in plastic mould industry is summarized. Key words:Plastic mold； Mouse base；Injection mould；Punch；Matrix；Pothook 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 塑料工业简介1 1.2 我国塑料模现状2 1.3 塑料模发展趋势2 第 2 章 塑料工艺性分析 4 2.1 问题的提出4 2.2 塑料的原材料分析4 2.2.1 基本特性4 2.2.2 主要用途5 2.2.3 成型特点5 2.3 塑件的尺寸分析5 2.4 塑件的结构工艺性分析5 2.4.1 尺寸精度6 2.4.2 脱模斜度6 2.4.3 表面粗糙度6 2.4.4 形状6 2.4.5 壁厚6 2.4.6 加强肋及其它防变形结构7 2.4.7 支撑面及凸台7 2.4.8 孔的设计7 2.4.9 嵌件设计22 第 3 章 确定成型设备选择8 3.1 计算塑件的体积和质量8 3.2 塑件模塑成型工艺参数的确定8 3.3 成型设备选择9 3.4 注射机有关参数的校核9 第 4 章 注射模的结构设计11 4.1 分型面的选择11 4.2 型腔数目的确定及型腔的排列12 4.3 浇注系统的设计13 4.3.1 主流道设计14 4.3.2 主浇道衬套15 4.3.3 定位环设计16 4.3.4 分流道设计16 4.3.5 浇口设计17 4.3.6 冷料穴的设计20 4.4 排溢系统的设计20 4.5 标准模架的选择21 4.6 成型零部件的设计与计算22 4.6.1 成型零件的结构设计23 4.6.2 成型零件工作尺寸的计算23 第五章 模机构的设计36 5.1 脱模力的计算36 5.2 推出机构的设计36 5.2.1 推杆位置的设置36 5.2.2 推杆的直径37 5.2.3 推杆的形状及固定形式37 5.2.4 推出机构的导向与复位38 5.2.5 嵌件的安放与脱模38 第六章 分型与抽芯机构的设计40 6.1 确定抽芯形式与结构40 6.2 侧滑块的设计40 6.3 导滑槽的设计41 6.4 楔紧块设计41 第七章 合模导向机构设计46 第八章 温度调节系统42 8.1 加热系统42 8.2 冷却系统42 8.2.1 冷却介质42 8.2.2 冷却系统的设计原则43 8.2.3 冷却装置的理论计算43 8.2.4 冷却装置的结构形式45 8.2.5 冷却系统机构的确定45 第九章 成型零件的数控加工 50 9.1 CAM 自动编程50 9.2 UG CAM 概述51 9.3 型腔在 UG 环境中的数控代码生成51 9.4 鼠标底盖型芯加工实例52 结 论 64 致 谢 65 参考文献66 附录 毕业实习报告67 第一章第一章 绪论绪论 1.1 塑料工业简介 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一。自从聚氯乙烯塑料问世以来， 随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改进技术的进步、愈来愈多 的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促进塑料工业的发展。 模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工艺装备或工具， 它属于型腔模的范畴。通常情况下，塑件质量的优劣及生产效率的高低，其模具的 因素占 80%。然而模具的质量的好坏又直接与模具的设计与制造有很大关系。随着 国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求越来越大、产品更新换代周期越 来越短、用户对塑件的质量要求也越高，因而模具制造与设计的周期和质量要求也 相应提高，同时也正是这样促进了塑料模具设计于制造技术不断向前发展。就目前 的形式看，可以说，模具技术，特别是设计与制造大型、精密、长寿命的模具技术， 便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。 按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般将模具分为塑料模具，金属冲 压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因人们日常生活所用的制品和各 种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，就中国就有比较远大的市场，所 以模具制造业已成为一个大行业。 在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简称塑 料模。 塑料模具的设计是模具制造中的关键工作。通过合理设计制造出来的模具不仅 能顺利地成型高质量的塑件，还能简化模具的加工过程和实施塑件的高效率生产， 从而达到降低生产成本和提高附加价值的目的，塑料模的优化设计,是当代高分子材 料加工领域中的重大课题。 塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生产这 些塑料制品必须设计相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后， 塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、 表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均 对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量 与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合 理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大 的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。 现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑 料制品成型技术的“三大支柱” 。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要 求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具， 才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。 塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料 制品及其成形设备被确定后，由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。 尤其大型塑料模的设计与制造水平，常标志一个国家工业化的发展程度。 1.2 我国塑料模现状 塑料模是现代塑料工业生产中的重要工艺装备，塑料模工业是国民经济的基础 工业。用塑料模生产成型零件的主要优点是制造简、材料利用率高、生产率高、产 品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效 果。 在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、 美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。 在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的 1/31/5，工业发达国 家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。 随着我国改革开放步伐的进一步加快，我国正逐步成为全球制造业的基地，特 别是加入 WTO 后，作为制造业基础的模具行业近年来得到了迅速发展。塑料模的设 计、制造技术、CAD 技术、CAPP 技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术 和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种 少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化； CAD、CAE、Flow Cool 软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相 结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此，我国要从一个制造 业大国发展成为一个制造业强国，必须要振兴和发展我国的模具工业，努力提高模 具工业的整体技术水平，提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力。 1.3 塑料模发展趋势 塑料作为现代四大工业基础材料之一，越来越广泛地在各行各业应用。其中注 塑成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。随着社会的经济技术不段 向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造 型和精度直接与模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对模具的要求。 由于计算技术和数控加工迅速发展，使得 CAD/CAM 逐渐取代了过去塑料模的设 计与制造技术，使传统的设计制造方法及组织生产的模式发生了深刻变化。塑料模 CAD/CAM 的发展不仅可以提高塑料模质量，减少塑料模的设计与制造工时，缩短塑 料模生产周期，加快塑件生产和产品的更新换代，而且更主要的是能满足当前用户 对塑料模行业提出的“质量高、交货快、价格低”的要求。 塑料模以后的发展主要有以下几方面： 1、注射模 CAD 实用化； 2、挤塑模 CAD 的开发； 3、压模 CAD 的开发； 4、塑料专用钢材系列化。 1.4 本文研究的主要内容、目标与方法 目前，塑料制品已经深入到我们生活当中，甚至代替了某些钢材。易加工，成 本低，密度低等优点，使得塑料的使用越来越多。随着塑料制品的使用，我们必然 面临着塑料的成型问题。塑料的成型方式主要有：注塑、压塑、挤塑等方式。本文 将就注塑模具设计一套关于鼠标底盖的设计方案。 本文要完成的是鼠标底盖的模具设计，根据所设计产品的实际需要，考虑产品 的应用意义，完成了从塑件的成型工艺，材料选择，注塑机的选择再到注塑模的完 整设计及注塑模的 CAM 仿真制造的整个过程，运用 UG 软件，流体分析软件及计 算机辅助制造软件全面系统的完成鼠标底盖的设计。 第二章第二章 塑料工艺性分析塑料工艺性分析 注塑件的第一步就是进行塑料的工艺性分析，通过工艺性分析，充分了解注塑件 的工艺性能，结构性能。这样才能更好的进行注塑模具的设计，是模具设计和验证 的重要依据。 2.1 问题的提出 图 2-1 立体三维图 本塑件为鼠标底盖.主要形状类似长方体,其长方体的两侧是一个弧曲面,左前方表面 上有 2 个挂钩。内表面有两个内卡件，因此在此有两个内侧抽芯，且在长方体的内 表面有有 1 个凸台(用来安装某些零件如螺钉)等.零件形状如图 2.1 所示,具体尺寸请 看图纸。 2.2 塑料的原材料分析 本塑件材料为丙烯腈丁二烯苯乙烯，俗称为 ABS。英文名称为 Acrylonitrile-butadiene-styrene。其基本特性符合鼠标底盖的制造，分析如下： 2.2.1 基本特性 ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性使 ABS 具有良好的综合力学性能。丙烯腈使 ABS 有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二 烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使 ABS 有良好的加工性能和染色性能。 ABS 无毒、无味，呈微黄色，成形的塑料件有较好的光泽。密度为 1.021.05g/cm3，ABS（抗冲）收缩率为 0.40.7，ABS（耐热）收缩率为 0.40.7。ABS 具有及好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速降解。有良好的机械 强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。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 塑料表面受冰酸 醋、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。其缺点是赖热性不高，连续工作温度为 70C 左右，热变形温度约为 93C 左右。耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发 脆。 根据 ABS 中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同 的应用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热 型等。 2.2.2 主要用途 ABS 在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机壳、仪表壳、 仪表盘、水箱底盖、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。汽车工业上用 ABS 制造汽车 挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等，还有用 ABS 夹层板制小轿车车身。ABS 还可以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收 录机壳体、食品包装器、农药喷雾器及家具等。 2.2.3 成型特点 ABS 在升温是粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS 易吸 水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应尽量减小浇注系统 对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。要求塑 件精度高时，模具温度可控制在 5060C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在 6080C。 2.3 塑件的尺寸分析 这里的尺寸是指制品的总体尺寸，而不是壁厚、孔径等结构尺寸。由于塑料流 动性的限制，对于流动性差的塑料或薄壁制品进行注塑模塑时，制品尺寸不宜过大， 以免熔体不能充满型腔或形成熔接痕，从而影响制品外观和强度。此外，注塑模塑 制品的尺寸受到注塑机的公称注射量、合模力和模板尺寸的限制. 2.4 塑件的结构工艺性分析 结构工艺性是指产品再某种生产规模时，完全满足使用性能的前提下，去结构应 具有生产率高，生产成本低的工艺过程的适应性。对于塑件来说，器形状结构，尺 寸大小，精度和表面质量要求，与成型工艺和模具结构要相适应。 2.4.1 尺寸精度 由于塑件的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动，而本塑件的配合精度不高， 所以塑件公差数值根据模具设计与制造简明手册中表 2-17 确定。精度等级根据 表 2-18 选择，由于所用材料为 ABS 所以确定其采用一般精度，为 4 级精度，无公 差值者，按 8 级精度取值。 2.4.2 脱模斜度 由于塑件在冷却收缩时，会使它包紧在模具型芯或者型腔中的凸起部分。因此 为了便于从塑件中抽出型芯或者从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉住塑件，因此根 据模具设计与制造简明手册中表 2-19 中查得：型腔的脱模斜度选 401 20；型芯选 351。所以我们选取 1o。 2.4.3 表面粗糙度 由于塑件的外观要求比较高，而且还要一定的手感，所以表面粗糙度有较高要 求,一般模具的表面粗糙度要比塑件的要求低 12 级.所以塑件的表面粗糙度在 0.80.2 之间。我们选取 0.8。 a R 2.4.4 形状 塑件在满足功能的要求下，其内外表面应尽可能保证有利于成型和降低成本以 及简化模具的复杂度。由于此塑件的外表面的光洁度有很高要求，因此不能把浇口 设在外表面上，从而影响美观，因此把浇口移致内表面，而此模具以一模两件，这 样使模具的重心又移至中心。 2.4.5 壁厚 塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响，壁厚过小成型时流动阻力大，大型塑件就 难以充满型腔。塑件壁厚的最小尺寸应满足一下几方面要求：具有足够的强度和刚 度；脱模时能够受推出机构的推出力而不变形；能够受装配时的紧固力。查热塑性 塑件最小壁厚及推荐壁厚可知， 所以本塑件壁厚选 3mm。 2.4.6 加强肋及其它防变形结构 由于本塑件长方体的两侧高出的薄壁，而在此处使用的频率很大，受力也很强。 因此考虑到其使用寿命，并且在脱模的时候如不在此处设置加强其强度的装置，所 以在此设计加强装置。 2.4.7 支撑面及凸台 由于长方体内表面四周有 3 个凸台，这些凸台其使用中将受到很到的压力，从 而易变形，所以在每个凸台下面给设计一个撑支柱体。 2.4.8 孔的设计 由于本塑件上的孔深度都较小，只需在凸模上留出一小型芯就可以。而且这样 加工也简单。 第三章 确定成型设备选择 3.1 计算塑件的体积和质量 通过使用 UG 软件实体造型后，取材料密度为 1.05g/cm3，知质量为 20 克， 所以塑件体积： =19.05 cm3 m v 05 . 1 20 制品在分型面上的投影面积为：A=6531mm 2 模具所需塑料熔体的质量： （4-1） 21 mnmm m 一副模具所需塑料熔体的质量或体积（g 或 cm3）; n 初步选定的型腔数量; m1 单个塑件的质量或体积（g 或 cm3）; m2 浇注系统的质量或体积（g 或 cm3）; 首先浇注系统凝料 m2是个未知数，查有关资料 m2一般按制件质量的 0.6 倍来 估算，即： m2 12g 即 m=52g v=49.52cm 3 3.2 塑件模塑成型工艺参数的确定 注塑成型具有三大工艺条件，即温度，压力和时间，此外，还有用料量与合模 力等条件。注射工艺参数的确定主要依据于所选择材料的物理化学性能，各种材料 的注射工艺参数各有不同。 ABS 注射参数 注射类型：螺杆式 螺杆转速：3060r/min 喷嘴类型：形式直通式；温度180190C 料筒温度：前段200210C；中段210230C；后段180200 C 模具温度：5070C 注射压力：7090 MPa 保压力：5070 MPa 3.3 成型设备选择 为了保证注射质量和充分发挥设备的能力,应根据注射模一次成型的塑料体积和 质量来初步确定注射机的类型。注射机的选用原则： 1、计算塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积 或容量）的 0.8 倍； 2、模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力； 3、模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力； 4、模具的闭模高度应在注射机最大，最小闭合高度之间； 5、模具脱模取出朔件所需的距离应小于所选注射机的开模行程； 6、模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺 寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相 配合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机床喷嘴孔径和 球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。 前面已经计算模具所需塑料熔体的质量 根据以上的计算初步选定型号为 XSZY125 的注射机，其主要技术参数如下 表： 表 3-1 XSZY125 注射机主要技术参数 额定注射量 （cm） 125 螺杆(柱塞)直径 （mm） 42 注射压力（MPa） 150 注射行程（mm） 160 注射时间(s) 1.8 锁模力（kN） 900 最大成型面积 （cm） 360 最大开合模行程 （mm） 300 模具最大厚度 （mm） 300 模具最小厚度 （mm） 200 合模方式液压机械喷嘴球头半径 （mm） SR12 顶杆中心距 （mm） 230 喷嘴孔径（mm） 4 3.4 注射机有关参数的校核 （1）注射压力的校核： 该注射机的注射压力为 150MPa，ABS 的注射压力为 7090MPa， 所以能够满足要求。 （2）由注射机料筒塑化速率校核型腔数量 n： （4-2） 1 2 3600/ M MKMT n 上式右边=2.16 2 （符和要求） 式中 K注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（g/h 或 cm/h） T成形周期 M2浇注系统所需塑料质量和体积（g 或 cm） M1单个制品的质量和体积（g 或 cm） （3）按注射机的最大注射量校核型腔数量 n： =4.40 1 2 M MKM n n 4.402 （符合要求） 式中 Mn注射机允许的最大注射量（g 或 cm） （4）按注射机的锁模（合模）力的校核： 注射模从分型胀开的力（锁模力）应小于注射机的额定锁模力，既 F P（n A1+ A2） A2=516 mm （4- 3） 式子的右面为 543120pa（符合要求） 式中 F注射机的额定锁模力（N） A1单个制品在模具分型面上的投影面积（mm） A2浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm） p塑料熔体在模腔内的平均压力（MPa） ，通常模腔内的压力为 2040Mpa；成型一般制品为 2434Mpa；精密制品为 3944Mpa。 本设计中取模腔内的平均压力为 40Mpa n型腔个数 （5）开模行程的校核： Smax SH1+H2+a+510 （4-4） 上式右边 S=35+20+80+5 =140mm 而注射机的最大开模行程是 300mm，所以（符合要求） 式中 Smax注射机最大开模行程（mm） H1推出距离（脱模距离） （mm） H2包括浇注系统在内的制品高度（mm） a浇注系统高度（mm） 第四章 注射模的结构设计 由于鼠标底盖的结构，因而注塑模具有侧向抽芯机构。故模具的结构主要有： 浇注系统，成形机构，导向机构，脱模机构，侧向抽芯机构，加热冷却系统，排气 系统及其他部件。本模具采用双型腔结构，即型腔数目。于单型腔相比，塑料2n 塑件的形状和尺寸始终一致，工艺参数易于控制，模具结构简单紧凑，成本低，制 造周期短等； 4.1 分型面的选择 将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接触 表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触 表面称为模具的分型面。 分型面的选择应考虑到以下方面因素： 1、分型面应选择在制品的最大截面处,无论塑件以何方位布置型腔,都应将此作 为首要原则； 2、有利于保证制品的外观质量,分型面上型腔壁面稍有间隙,熔体就会在塑件上 产生飞边； 3、尽可能使制品留在动模一侧,因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行； 4、有利于保证制品的尺寸精度； 5、尽可能满足制品的使用要求； 6、尽量减少制品在合模方向上的投影面积,以减小所需锁模力； 7、长型芯应置于开模方向,当塑件在相互垂直方向都需设置型心时,将较短的型 心设置在 4 侧抽芯方向,有利于减小抽拔距离； 8、有利于排气； 9、有利于简化模具结构,应尽量避免侧向分型或抽芯； 10、在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。 根据塑件的形状和尺寸，由于有内表面加强筋内凹，所以采用单分型面。且采 用平直分型面，分型面的形状如图 4-1 所示: 图 4-1 分型面示意图 本模具采用平直分型面正是符合以上的选择要求。 4.2 型腔数目的确定及型腔的排列 模具根据型腔数目可以分为单型腔和多型腔。根据注射机选择时的分析有模具 型腔采用的是多型腔方式，型腔数目为 2 个。采用多型腔生产率高，塑件的成本低， 但是塑件的互换性差。型腔的排列通常有圆形、H 行排列、直线行排列及复合排列 等；有对称排列及非对称排列。如图 4-2 和图 4-3 所示： 图 4-2 分流道的平衡式布置 图 4-3 分流道的非平衡式布置 在选择型腔布局方式时，首先应考虑到型腔的布局要力求对称，以防模具承受 偏差力而产生溢料现象，型腔排列也宜紧凑，以节约模具材料，减轻模具重量。非 平衡式主要用于某些特殊情况。由前面分析知，型腔数目已经定为 2 个，在平面位 置上不可能采用非平衡式，只能采用平衡对称式布置。其排列形式如图4-4所示： 图 4-4 平衡对称式布置 4.3 浇注系统的设计 浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大， 而且还于塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此这是一个重要环节。 浇注系统设计主要包括主流道，分流道，浇口和冷料穴四部分。它的主要作用是将 来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时 顺利排出，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质 量优良的塑料制件。 浇注系统设计原则 1、浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布置； 2、结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置； 3、尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间； 4、浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、 涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料 从后断面移入薄断面，以利于补料； 5、避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生； 6、浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修； 7、熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考 虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响； 8、尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量； 9、浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口 应有 IT8 以上的精度要求； 10、设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施； 11、尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽 可能小。 4.3.1 主流道设计 主流道(俗称浇口套)是塑料熔体的流动通道，在卧式注射机上主流道垂直于分 型面，为使凝料能顺利拔出，设计成圆锥形，锥角取 5，选用材料为 T10A，热处 理要求淬火 5357HRC。主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机 喷射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和 开模时主流道凝料的顺利拔出。其主要尺寸可由以下计算获得： （1）主流道小端直径 d=注射机喷嘴直径+0.51 =4+0.51 取 d =5（mm） 这样便于喷嘴和主流道能同轴对准,也能使的主流道凝料能顺利脱出 （2）主流道球面半径 主流道入口的凹坑球面半径 R,应该大于注射机喷嘴球头半径的 23mm.反之,两 者不能很好的贴合,会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难. SR=注射机喷嘴球头半径+23 取 SR=12+2=14（mm） （3）主流道长度 L 一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好， 小模具控制在 50 之内在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸 入模具。本设计中结合该模具的结构 取 L=35（mm） （4）主流道大端直径 D=d+2Ltg（半锥角 为 1 2，取 =2）8 取 D=8（mm） 具体尺寸标注如图 4-5 所示： 图 4-5 浇口套 4.3.2 主浇道衬套 图 4-6 主浇道衬套形式 主浇道与高温塑料熔体和注射机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般不将主浇道开 设在定模上，而是将它单独开在一个主浇道衬套中，通常在淬火后嵌入模具，这样 在损坏时便于更换和修磨。常用的主浇道衬套有 A、B 两类如图 4-6。其中，B 型是 为了防止衬套在熔体反压力作用下退出定模而设计的，使用时用固定在定模上的定 位环压住衬套大端台阶即可。对于小型模具，可将主浇道衬套与定位环设计成一个 整体。衬套长度与定模配合部分的厚度一致，主浇道出口处的端面不得突出在分型 面上。 4.3.3 定位环设计 为了使主浇道与喷嘴和料筒对中，在主浇道衬套上增加定位环，喷嘴可以在定 位环的作用下和主浇道进口对准进料。小型模具的定位环一般和衬套设计在一起。 定位环有六种形式，但是为了弥补不同厂家生产的注射机定位孔不一致的缺点，通 常选择的定位环如图 4-7 所示有以下两种： 图 4-7 定位环的两种常用形式 a 是最常用的一种形式，b 可以不在定模上加工安装定位环的台阶孔。对于小型 模具，优先采用 b 型定位环，减少在定模上加工台阶孔的工序，节约了模具的加工 时间。定位环高度取为 8mm。将定位环和衬套设计为一个整体如图 4-8 所示： 图 4-8 衬套 4.3.4 分流道设计 分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道,它是浇注系 统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前通过截面积的变化及流向变换来获得平稳 流态的过滤段.因此要求所设计的分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充 状态,使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔,并且流动过程中压力损失及热量损失尽 可能小,能将塑料熔体均衡分配到各个型腔。 （1）分流道的形状及尺寸 常用的分流道截面形状一般可分为圆形、梯形、U 形、半圆形、及矩形。一般而言，分流道截面形状及尺寸是根据塑料的结构、所用 材料的工艺特性、成型工艺条件及分流道的长度等因素来确定，由理论分析可知， 圆形截面的流道总是比任何其他形状截面的流道更可取，因为在相同截面积的情况 下，其表面积最小。但圆形截面分流道因其要以分型面为界分成两半进行加工才有 利于凝料脱出，且加工工艺性不佳，模具闭合后难以保证两半圆对准，由于本塑件 的材料 ABS 的流动性一般，而塑件的形状较大，为了减少压力损失，再综合其他的 一些因素，选择半圆形截面的分流道，其形状如图 4-8 所示： 1 2 3 1、定模座板 2、分流道截面形状 3、定模板 图 4-8 分流道的形式 其尺寸根据塑料成型工艺与模具设计表 5-3 中选取 r=5mm。 （2）分流道的长度 为了在注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗， 减少压力损失和热量损失。分流道尽可能短，本模具选取为 5mm。 分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料的迅速冷却，只有中心 部位的塑料熔体的流动状态较为理想，所以分流道的内表面粗糙度并不要求很高， a R 一般选取，因为这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，m6 . 1 从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切 速率和剪切热。 4.3.5 浇口设计 浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位，它的 作用是增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料，以保证充填实， 确保制品质量。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。 （1）浇口的主要作用有如下几点： 1）熔体充模后，首先在浇口处凝结，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回 流； 2）熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模； 3）易于切除浇口尾料； 4）对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口还 能用以 控制熔接痕的位置。 （2）浇口尺寸的确定 浇口的截面积一般为分流道截面积的 3%9%，截面的形状多为矩形（宽度与 厚度的比为 3：1）或圆形；浇口长度约为 0.52.0mm 左右。在设计的时候一般取 小值，在以便在试模时修正。浇口最终的具体尺寸根据经验和零件的尺寸和形状的 要求确定。 （3）浇口结构的形式 注射模的浇口结构形式较多，不同类型的浇口其尺寸、特点及应用情况个不相 同。按浇口的特征可分为限制浇口（既封闭式浇口，在分流道与型腔之间有突然缩 小的阻尼式浇口）和非限制浇口（既开放式浇口，又称直接浇口或主流道式浇口） ； 按浇口形状可分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环行浇口及薄片式浇口；按浇口 的特征性质可分为潜伏式浇口、护耳浇口；按浇口所在的塑件的位置可分为中心浇 口和侧浇口等。 由于不同的浇口形式对塑料熔体的充型特性、成型质量及素件的性能会产生不 同的影响。而各种塑料因其性能的差异对于不同的浇口形式也会有不同的适应性， 因此根据塑料成型工艺与模具设计书中表 5-5 查得，材料 ABS 适应于任何浇口。 但由于塑件壁厚较薄、表面积大，注射量也大而且外表面的光泽度要求很高，而且 考虑到浇口的位置不是位于塑件的中心，这就决定了它位置的复杂程度。综合这些 因素考虑可以用直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口等。 直接浇口是把熔体直接由主流道进入型腔，因而有流动阻力小，料流速度快， 填充时间短及补缩时间长等特点。但注射压力直接作用在塑件上，容易在进料处产 生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形，浇口痕迹明显。 侧浇口又称为边缘浇口，一般开设在分型面上，并且这类浇口可以根据调整其 截面的厚度和宽度来调整充模是的剪切速率及浇口封闭时间，还有这类浇口加工容 易，修整方便，可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置。其缺点是浇口有痕 迹存在。 扇形浇口是面向型腔沿进料方向截面宽度逐渐变大，截面厚度逐渐变小，而且 在与型腔的结合处形成一长约 13mm 的台阶，塑料熔体在宽度方向上的流动得到更 均匀的分配，但是设置该浇口时很难控制浇口的截面积，因为没有设计分流道，浇 口是与主流道直接相连，因此熔体的流量对接难以连续。另外，由于浇口的中心部 分与浇口边缘部分的通道长度不同，因而熔体在其中的压力降与填充速度也不一致。 平缝浇口的截面很大，厚度很小，与特别开设的平行流道相连。塑料熔体经平 行流道扩散而得到均匀分配，从而以较低的线速度经浇口平稳流入型腔。但是成型 后浇口去除加工量较大，提高了产品成本。 其他浇口形式，由于本塑件的浇口位置比较特殊，因此都不是最佳的选择。 根据对以上几种浇口的分析和综合对比，我认为潜伏浇口对本塑件最为合适。 潜伏浇口的尺寸根据塑料成型工艺与模具设计书中推荐值从而选，mmb5 . 4 。尺寸如图 4-9 mmt2 图 4-10 浇口的形式及尺寸标注 （4）浇口位置的选择 在模具设计时，浇口位置及尺寸要求比较严格，它一般 根据下述几项原则来参考： 1)尽量缩短流动距离 2)浇口应开设在塑件壁最厚处 3)必须尽量减少或避免熔接痕 4)应有利于型腔中气体的排除 5)考虑分子定向的影响 6)避免产生喷射和蠕动 7)不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口 8)浇口位置的选择应注意塑件外观质量 由于这些原则在应用时常常会产生某些不同程度的相互矛盾，所要往往有主次 之分。而本产品的外观质量是主要的因素，因此将放到首要考虑的位置。综合以上 原则因此将浇口设置在稍微偏向一侧的圆形孔处，具体位置和尺寸见装配图。 4.3.6 冷料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是除去熔体 流动前锋的“冷料”，防止冷料进入型腔而影响塑件质量。对于主流道冷料穴，开模 时应将主流道中的冷凝料拉出，所以冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径。我们通 常选用 Z 字形拉料杆形式的冷料穴，它开模后通常用手工取出冷料。即在图 3-5 推 杆 2 的顶端位置设置冷料穴。具体设计尺寸如图 4-11。 1.主流道凝料 2.冷料穴凝料 3.推杆 图 4-11 冷料穴 4.4 排溢系统的设计 当塑料溶体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝 固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因没有将产生的气体排除干净，一 方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料的成型缺陷，另一方 面气体受压，体积缩小而产生高温会导致素件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还 会产生反向压力而降低充模速度。因此必须考虑排气问题，注射模成型时排气通常 用如下四种方式进行： （1） 利用配合间隙排气 （2） 在分型面上开设排气槽排气 （3） 利用排气塞排气 （4） 强制性排气 考虑到本塑件的顶杆数目比较多，因此可以利用此配合间隙排气，不专门设计 排溢系统，如在调试中认为必须开设排溢系统，到时也可以开设。 4.5 标准模架的选择 模架的选取应综合考虑型腔的大小与布置、凸凹模结构形式、推出机构、合模导向 机构等方面。尽量选取标准模架。在本次设计中，模具采用了一模二腔，采用潜伏 浇口，利用摇摆推杆抽芯。另外，采用推杆推出。综合以上分析，查相关手册 GBT12556，选用模架型号为：A156063062Z1，其中 A 板为 60，B 板为 40，C 板为 200。BL 为 250300，如图 4-12 所示 图 4-12 4.6 嵌件设计 在塑料内镶入金属零件或玻璃及已成形的塑件等形成牢固不可卸的整体，称为 嵌件。本塑件型腔内的四个小型芯，为了增强其局部的强度和耐磨性、导磁导电性 以及塑件的精度。因此设计成嵌件。为了防止嵌件受力时在塑件内转动或拨出，嵌 件表面设计成菱形滚花，这样其抗拉抗扭的力都较大。由于嵌件在成型过程中受到 塑料的冲击，因此可能发生位移和变形，同时塑料还可能挤入嵌件上的预留的孔中， 影响嵌件使用，因此嵌件必须要准确定位，由于本嵌件的受力较小，所以采用嵌件 上的光杆部分和模具配合就可以，采用 H8/f8，配合长度为 4mm。由于金属嵌件冷 却时尺寸变化与塑料的热收缩率值相差很大，致使嵌件周围产生很大的内应力，甚 至造成塑件的开裂。为了防止塑件开裂，嵌件周围有足够的厚度也是必须考虑的， 所以为了消除应力，采取将嵌件预热接近物料温度的方法。如图 4-13 所示，具体尺 寸看图纸 图 4-13 4.7 成型零部件的设计与计算 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计，包括凹模、型芯、镶块、 凸模和成型杆等。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求， 确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后 根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件 的工作尺寸，对关键零件进行
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