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畢業(yè)設計說明書
題 目：
學 號：
姓 名：
班 級： 級（）班
專 業(yè)：
指導教師：
學 院：機械工程學院
答辯日期：2013 年 月 日
II
摘要：本設計分析了端蓋的結構，提出了模具設計的關鍵點，設計了模具的整體結構。根據塑件分型面的位置，設計了推件板的推出結構，零件采用了單分型面的側澆口，提高了零件的外面質量。通過對塑件進行工藝的分析及其結構分析，從產品結構工藝性,具體模具結構出發(fā),對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、注射機的選擇及有關參數(shù)的校核都有詳細的設計。該模具一模四腔,采用推板推出結構。經過生產驗證，該模具結構合理，動作可靠。
關鍵詞： 注塑模； 單分型面；側澆口；推板推出
目 錄
摘 要、關鍵詞 I
Abstract、Key words II
目 錄 III
一. 引言 1
二、注塑模結構 9
2.1 注塑成型原理及注塑過程 9
2.2 注射模具結構組成及典型結構 9
2.3 熱塑性塑料注射模的特點 9
三、塑件成型工藝的可行性分析………………………………………………………3
3.1 塑件分析……………………………………………………………….….3
3.2塑件的原材料分析………………………………………………………….4
3.3成型工藝分析………………………………………………………….…4
3.4塑件的生產批量………………………………………………………….…6
四、 注射成型機的選擇與成型腔數(shù)的確定…………………………………….7
4.1注射成型機的選擇………………………………………………………….…7
4.2注塑機的校核……………………………………………………………….…8
4.3成型腔數(shù)的確定…………………………………………………………….…9
五、澆注系統(tǒng)的設計 …………………………………………………………….…10
5.1 澆注系統(tǒng)的作用 ………………………………………………………….…10
5.2 澆注系統(tǒng)的組成 ………………………………………………………….……10
5.3 主流道設計 ……………………………………………………………….……10
六、成型零件結構設計 ………………………………………………………….…13
6.1 分型面的設計 …………………………………………………………….13
6.2 型腔的分布 ……………………………………………………………….…15
6.3 凹模的結構設計 ………………………………………………………….…16
6.4 凸模的結構設計 ……………………………………………………….…….16
6.5模具成型零件的工作尺寸計算 ………………………………………….…16
七、排氣系統(tǒng)的設計 …………………………………………………………….…20
7.1排氣槽位置的確定…………………………………………………………….…20
7.2注射模的排氣方式…………………………………………………….……20
八、導向與脫模機構的設計…………………………………………………….…22
8.1導向機構的作用和設計原則……………………………………………….22
8.2導柱、導套的設計……………………………………………………….……22
8.3脫模機構的確定…………………………………………………………….…25
九、其他結構零部件的設計…………………………………………………….……26
十、冷卻系統(tǒng)設計……………………………………………………………….…27
10.1冷卻系統(tǒng)的設計原則 …………………………………………………….……27
10.2 溫度調節(jié)對塑件質量的影響……………………………………………….…28
10.3 對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求…………………………………………………….…28
10.4 冷卻裝置的設計要點……………………………………………………….…28
10.5冷卻系統(tǒng)設計計算………………………………………………………….…28
十一、模具的適用與保養(yǎng)………………………………………………………….……30
十二、小結……………………………………………………………………….……32
注釋和參考文獻………………………………………………………………….……33
一、引言
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等。
近年來，模具增長十分迅速，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產量中所占的比重越來越大近年來許多模具企業(yè)加大了用于技術進步的投資力度，將技術進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件。
日本的模具產能約占全球的40%，居世界第一位，每年向國外出口大量模具。模具行業(yè)在美國工業(yè)總產值中所占的比重呈現(xiàn)出不斷下降的態(tài)勢，但是美國模具在全球模具的高端產品仍然占據著重要地位。德國擁有世界領先的汽車、船舶等制造技術，受上游行業(yè)需求影響，德國模具在世界上具有較為重要的地位。所以在許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設備在模具加工設備中的比重比較低；
1.1 塑料與塑料模具概述
1.1.1 塑料的優(yōu)缺點
塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力條件下具有流動性，可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀不發(fā)生變化。
組成：聚合物合成樹脂（40%——100%）。
輔助材料：增塑劑 填充劑 穩(wěn)定劑 潤滑劑 著色劑 發(fā)泡劑 增強材料除了上述助劑外，塑料中還可加入阻燃劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑等。輔助材料作用：改善材料的使用性能與加工性能，節(jié)約樹脂材料（貴）。
作為日常用品，塑料的用途已經廣為人知，但由于它們的一些特殊優(yōu)點，塑料在工業(yè)中的應用也已經非常普遍，主要有以下幾個方面：
1 密度小、質量輕
2 比強度高
3 絕緣性能好、介電損耗低
4 化學穩(wěn)定性高
5 減摩、耐磨性能好
6 減振、隔音性能好
塑料的缺點：
1耐熱性差，高溫下強度下降；
2有的塑料燃燒時，釋放處刺激性、腐蝕性等有害氣體；
3導熱差，膨脹系數(shù)大，高溫下易變形；
4在日光、大氣、高溫作用下產生老化；
5有的塑料制品，機械強度低。
從精度方面講，塑料制品的使用范圍也受到一定限制。換句話說就是，如果采用成型加工的方法生產塑料制品，要達到某一精度所遇到的加工難度要比金屬制品成形時來得大。因此，在目前的塑料成型加工行業(yè)中，塑料制品的精度（即公差等級）有其自己單獨的標準。
1.2 塑料的組成
塑料是以聚合物為主體，添加各種助劑的多組分材料。根據不同的功能，塑料所用的助劑可分為：增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、填充劑、增強劑、交聯(lián)劑、著色劑、發(fā)泡劑等。
1.3 塑料的分類
根據合成樹脂在受熱后所表現(xiàn)的性能不同來劃分，一般分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。
常見的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚氯乙烯、PP、有機玻璃(聚甲基丙烯酸酯)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)(尼龍)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)等。常見的熱固性塑料有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂(EP)、氨基樹脂、醋酸樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯、聚氨基甲酸酯(PUR)等。
若按塑料的用途分類，又可分為通用塑料和工程塑料兩大類。
二、注塑模結構
2.1 注塑成型原理及注塑過程
注(射模)塑(或稱注射成型)是塑料先在注塑機的加熱料筒中受熱熔融，而后由柱塞或往復式螺桿將熔體推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。它不僅可在高生產率下制得高精度，高質量的制品，而且可加工的塑料品種多和用途廣，因此注塑是塑料加工中重要成型方法之一。
注塑成型工藝過程包括成型前的準備，注射過程和塑件的后處理。
2.2 注射模具結構組成及典型結構
一般認為，注塑模由八部份組成。
1成型零部件2合膜導向機構3澆注系統(tǒng)4頂出脫模機構5側向分型與側向抽芯機構6排氣機構7溫度調節(jié)系統(tǒng)8支撐零部件
注塑模具典型結構：
1、兩板模（大水口）：分流道開設在分型面上。
2、三模版（細水口）：多個分型面，包括垂直分型和水平分型面。應用：1）細點入水的單型腔或多型腔。2）側向分型抽芯在定模一側。3）塑件結構特殊，需要順序分型。
3、斜頂、滑塊模，活動鑲塊：塑件帶有內側凹凸槽或螺紋。
4、牙?；蜣D苛模：塑件有內、外螺紋（注意產品要防轉動）
5、定模設頂出機構：產品開模后留于定模，前模設有頂出機構：拉桿，拉板，液壓系統(tǒng)。
6、熱流道模具：節(jié)省塑料，提高生產效率，自動化生產，塑件質量高，生產批量大。
2.3 熱塑性塑料注射模的特點
由于所成型的制品材料的不同，成型時模具溫度也各不相同。因此，有的模具要進行冷卻降溫，而有的模具則需要加熱升溫。
常用熱塑性塑料成型時的模具溫度可見表2-1所示。
模具所需溫度，一般地，在注射成型時由射入模具的高溫塑料傳導而得，不需另外加熱升溫。當連續(xù)注射成型一段時間后，模具超過所需的范圍，則需冷卻降溫。當模具溫度要求超過100℃時，比如成型聚砜制品時，要求模具溫度達到130℃～150℃，尤其是在南方的冬季，成型車間無空調、室溫較低時，模具的冷卻水道改為注入50℃～100℃的水或油為模具加熱升溫就非常必要了。
表2-1 常用熱塑性塑料成型時的模具溫度
塑料名稱
縮寫
模具溫度
塑料名稱
縮寫
模具溫度
醋酸纖維素
CA
20—80
氯化聚醚
CPT
80—110
聚氯乙烯(硬)
PVC
30—60
聚碳酸酯
PC
90—110
聚苯乙烯
PS
32—65
聚甲醛共聚
POM
90—120
改性聚甲基丙烯酸甲酯
PMMA
40—60
聚三氟氯乙烯
F-3
110—130
尼龍1010
N1010
40—80
聚全氟乙丙烯
F-46
110—130
苯乙烯-丁烯-丙烯睛共聚
PP
50—80
聚苯醚
PPO
110—150
低壓聚乙烯
PE
60—70
聚砜
PSF
130—150
塑料是在注射機料筒內加熱、在恒溫中塑化成為熔融狀態(tài)的粘流體后射入模具內的。料筒溫度和模具溫度都是可以調節(jié)的，但調好后是恒定的，其溫差一般在3℃～5℃之間。料筒溫度由控溫系統(tǒng)控制（模具由控溫機控制）。
三、塑件成型工藝的可行性分析
3.1 塑件分析
圖3.1塑件圖
端蓋工件如圖所示，它需求量大，外面要求比較高，所以模具澆注系統(tǒng)采用單分型的側澆口，根據該塑件的結構特點，模具設計采用推板推出結果，也是工廠里比較簡單，實用，常見的頂出結構。為了使模具與注射機相匹配以提高生產力和經濟性、保證塑件精度，并考慮模具設計時應合理確定型腔數(shù)目，由于量產比較大，該模具選擇一模四腔。
3.2塑件的原材料分析
對多種塑料的性能與應用進行綜合比較，材料品種可選PP。
端蓋注塑模為日常用品，需大批量生產，通過查《塑料成型模具與設備》表2-3得；
無毒、無味，密度小，強度、剛度、耐磨、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時變脆、易老化.適于制作一般耐腐蝕零件和絕緣零件 。常見的酸、堿有機溶劑對它幾乎不起作用。
3.2.1 分析制件材料使用性能
通過相關知識的學習，對塑料的成型工藝性能有一定的了解。查參考資料《注塑模具設計使用教程》及相關塑料模具設計資料可得：
PP屬熱塑性結晶型塑料，密度為0.91g/cm ，密度小，強度、剛性、耐熱性均優(yōu)于HDPP，硬度比HDPP高，可在100攝氏度左右使用。具有優(yōu)良的耐腐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響等等。適用于制作一般機械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件等。
聚丙烯是熱塑性塑料，耐腐蝕性和聚乙烯相似，且較優(yōu)。除濃硝酸、發(fā)煙硫酸、氯磺酸等強氧化性酸外，能耐大多數(shù)的有機和無機酸、堿、鹽，也適于在室外大氣中暴露（加入2％炭黑的品種）。對應力腐蝕破裂的抗蝕性良好，但能被某些強有機溶劑破壞。
它比重小，強度高于聚乙烯，常溫下耐沖擊性能良好，0℃以下則變差。耐溫高性，在低于應力下可長期使用于110～120℃，因此，廣用于聚乙烯和聚氟乙烯不適用的較高溫度的環(huán)境。加工成型方法和一般熱塑性塑料相同，可制成管、槽、排煙道、實驗室設備等，也可作這熱噴或流化涂層.
3.2.2分析材料工藝性能
我們將聚炳烯（PP）的性能特點歸類可得表2.1內容：
表2.1 原材料聚炳烯（PP）分析
塑料品種
結構特點
使用溫度
化學穩(wěn)定性
性能特點
成型特點
聚炳烯（PP）是熱塑性塑料
線型結構結晶型材料。
可在-30℃～140℃使用
有一定的化學穩(wěn)定性和良好額介電性能
具有優(yōu)良得耐腐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響，但低溫變脆、不耐磨、易老化
結晶性料，吸濕性小，可能發(fā)生熔體破裂，長期與熱金屬接觸容易發(fā)生分解；流動性好溢邊值0.03左右；冷卻速度快；成型收縮率大；注意控制成型溫度，料溫低取向性明顯；塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以防止應力集中。
結論
優(yōu)點：聚丙烯樹脂具有優(yōu)良的機械性能和耐熱性能，使用溫度范圍-30℃～140℃。同時具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學穩(wěn)定性，幾乎不吸水，與絕大多數(shù)化學品接觸不發(fā)生作用。本品耐腐蝕，抗張強度30MPa，強度、剛性和透明性都比聚乙烯好。
缺點：是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過改性和添加抗氧劑予以克服。與發(fā)煙硫酸、發(fā)煙硝酸、鉻酸溶液、鹵素、苯、四氯化碳、氯仿等接觸有腐蝕作用?？捎米鞴こ趟芰?，適用于制電視機、收音機外殼、電器絕緣材料、防腐管道、板材、貯槽等，也用于生產扁絲、纖維、包裝薄膜等
端蓋注塑模制件為日常用品，要求具有一定的強度和耐高溫性能，中等精度，外表面無瑕疵、美觀、性能可靠。采用PP材料，產品的使用性能基本能滿足要求，但在成型時，要注意選擇合理的成型工藝，對原料充分干燥、采用較高的溫度和壓力。
3.3成型工藝分析
（1） 塑件的尺寸精度分析
該塑件的尺寸均為未注公差的自由尺寸，可按MT5查取公差。
（2） 塑件的表面質量分析
該塑件要求外觀無凹坑，溢料等明顯缺陷 。
（3） 塑件的結構工藝性分析
端蓋從結構上來看，其側凹的面積較大，同時要求以一模多腔的方式進行成型，采用單分型面的側澆口，更好的提高了零件的外表質量。
（4） 脫模斜度
為了易于使塑件從模具取出或從塑件中抽出型芯，在設計時必須考慮塑件內外壁具有足夠的脫模斜度。
最小脫模斜度與塑料性能、收縮率的大小，塑件的幾何形狀有關。但在具體選擇脫模斜度時還應注意以下幾點：
1．凡塑件要求高的，采用較小的脫模斜度。
2．凡較高的，較大的尺寸，應選用較小的脫模斜度。
3．塑件形狀復雜的，不易脫模的應選用較大的脫模斜度。
4．塑件的收縮率大的應選用較大的斜度值。
5．塑件壁厚較厚時，會使成形收縮增大，脫模斜度應采用較大的數(shù)值。
6．如果要求脫模后塑件保持在型芯的一邊，塑件的內表面的脫模斜度可選的比外表面??；反之，要求脫模塑件留在型腔內，則塑件外表面脫模斜度應小于內表面，但是，當內外表面脫模斜度不一致時，往往不能保證壁厚的均勻。
7．增強塑料宜取大，含自潤滑劑等易脫模塑料可取小。
8．斜度取留方向，對于塑料內表面是以小端為基準，斜度向擴大方向取，塑件外表面則應以大端為基準，斜度向縮小方向取．
綜合考慮以上幾點，選取本制品的脫模斜度為1o。
（5） 塑件的壁厚
塑件壁厚設計的基本依據是塑件的使用要求，例如強度、剛度、絕緣性、重量，尺寸穩(wěn)定性和與其他零件的裝配關系。壁厚設計也要考慮到塑件成形時的工藝性要求，如對熔體的流動性阻力，頂出時的強度和剛度等。在滿足工作要求和工藝要求的前提下，塑件壁厚設計時還應遵循下面兩項基本原則：
（一） 盡量減小壁厚
減小壁厚不僅可以節(jié)約材料，節(jié)約能源，也可以縮短成型周期，因為塑料是導熱系數(shù)很小的材料，壁厚的少量增加，會使塑件在模腔內冷卻時間明顯增長。塑件的壁厚減小也有利于獲得質量較優(yōu)的塑件，因為厚壁塑件容易產生表面凹陷和內部縮孔。
（二） 盡可能保持壁厚均勻
塑件壁厚不均勻時成型過程中所需的冷卻時間不同，收縮率也不同，容易造成塑件的內應力和翹曲變形。因此設計塑件時應盡量減小各部分的壁厚差別。一般情況下應使壁厚差別保持在30%以內。
對于由于塑件結構所造成的壁厚差別過大情況，可采用以下兩種方法來減小壁厚差：
?可將塑件過厚部分挖空。
?可將塑件分解，即將一個塑件設計為兩個塑件。
綜合考慮，本制品壁厚選取為1mm，且盡量保持壁厚均勻。
3.4塑件的生產批量
塑件的生產類型對注射模具結構、注射模具材料使用均有重要的影響。在大批量生產中，由于注射模具價格在整個生產費用中所占比例較小，提高生產率和注射模具壽命問題比較突出，所以可以考慮使用自動化程度較高、結構復雜、精度壽命高的模具。如果是小批量生產，則應盡量采用結構簡單、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。該塑件為大批量生產，可以考慮采用一模多腔、快速脫模以及成型周期不宜太長的模具，同時模具造價要適當控制。
四、 注射成型機的選擇與成型腔數(shù)的確定
4.1注射成型機的選擇
4.1.1 估算零件體積和投影面積。
用UG建模分析知塑件體積為體積：V=5.26cm3，單側投影面積為：A=1017.28mm2，由于此模具澆注系統(tǒng)采用側澆口，其澆注系統(tǒng)凝料較小，初步估計澆注系統(tǒng)的體積為10cm3 ，由于采用的是一模八腔
固 V總=8 x V塑 +V澆 =4 X 5.26 +10=31.04 cm3
4.12鎖模力
計算其所需鎖模力為：
F鎖 =A·P型=1017.28×45Mp=45.777KN （4.1）
4.13選擇注射機及注射機的主要參數(shù)
注射機的類型和規(guī)格有很多，按結構形式可分為機的類型和規(guī)格有很多，按結構形式可分為立式，臥式和直角式三類，國產臥式注射機一標準化和系列化。這三類不同的結構形式的注射機的特點如下：
(1)立式注射機的螺桿垂直裝設，鎖模裝置推動動模板也沿垂直方向移動，優(yōu)點是占地面積小，安裝或拆卸小型模具很方便，容易在動模上安放嵌件，嵌件不容易傾斜或墜落。缺點是制品自模中頂出后不能靠重力下落，需要靠人工取出，有礙于全自動操作。此類是注射機注射量一般均在60克以下[8]；
(2)臥式注射機是目前使用最廣，產量最大的注射成型機，其注射柱塞與螺桿合模運動均沿水平方向布置，并且多數(shù)在一條線上或相互平行的線上。優(yōu)點是機體比較低，容易加料和操作，制件頂出模具后可自動墜落，所以容易實現(xiàn)全自動操作，機床中心比較低，安裝穩(wěn)妥。其缺點是模具的安裝比較麻煩，嵌件放入模具有傾斜或下落的可能，機床的占地面積大；
(3)直角式注射機的注射螺桿或柱塞與合模運動方向相互垂直，這種注射機的重要優(yōu)點是結構簡單，便于自制，適合單件生產，中心不允許留有澆口痕跡的平面制件，同時長利用開模時絲桿的轉動來拖動螺紋型芯或螺紋型環(huán)旋轉，以便脫下塑件。缺點是機械傳動無準確可靠的注射和保壓壓力和鎖模力，模具受沖擊震動比較大。
雖然塑件體積較小，但是高度較高，由此考慮塑件大批量生產，以及以上的從溫度、壓力、時間方面考慮，查表附錄
D（塑料成型工藝與模具設計）初步選用注射機XS-ZY-125。
注射機XS-ZY-125參數(shù)：
額定注射量：125mm
最大成型面積：320cm
柱塞直徑：42mm
注射壓力：120Mpa
模板尺寸：428×450（mm×mm）
柱桿空間：260×290(mm×mm)
鎖模力：900KN
噴嘴圓弧半徑：12mm
噴嘴孔徑：4mm
最大開模行程：300mm
模具最大厚度：300mm
模具最少厚度：200mm
4.2注塑機的校核
（1） 最大注塑量效核 材料的利用率為500/840=0.60，符合注塑機利用率在0.3～0.80的要求。
（2） 注射壓力的效核 所選注塑機的注塑壓力需大于成型塑件所需的注射壓力，PP塑件的注塑壓力一般要求為40～120MPa，所以該注塑機的注塑壓力符合條件。
（3） 鎖模力效核 高壓塑料熔體充滿型腔時，會產生使模具沿分形面分開的脹模力，此力的大小等于塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影等于型腔壓力的成積。脹模力必須小于注塑機額定鎖模力。
型腔壓力Pc可按下式粗略計算：
Pc=kP（MPa） （4.2）
式中： Pc為型腔壓力，MPa；
P為注射壓力，MPa；
K為壓力損耗系數(shù)，通常在0.25～0.5范圍內選取。
所以 ， Pc=KP=0.37×120=45MPa，型腔壓力決定后，可按下式校核注塑機的額定鎖模力：
T>KPcA （4.3）
式中： T為注塑機的額定鎖模力，KN；
A為塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影面積，mm2；
K為安全系數(shù)，通常取1.1～1.2；
KpcA=1.2×45×1017.28=54.93KN （4.4）
所以T=900KN >KPcA成立，即該注塑機的鎖模力符合要求。
4.3成型腔數(shù)的確定
以機床的注射能力為基礎，每次注射量不超過注射機最大注射量的80%計算：
（4.5）
=17.11
式中： N----型腔數(shù)
S----注射機的注射量（g）
W澆----澆注系統(tǒng)的重量（g）
W件----塑件重量（g）
因為，N=17.11>4
所以，此模具型腔為一模4腔結構合理。
五、澆注系統(tǒng)的設計
5.1 澆注系統(tǒng)的作用
澆注系統(tǒng)是塑料熔體由注塑機噴嘴通向模具型腔的流動通道，因此它應能夠順利的引導熔體迅速有序地充滿型腔各處，獲得外觀清晰，內在質量優(yōu)良的塑件。對澆注系統(tǒng)設計的具體要求是：
(1) 對模腔的填充迅速有序；
(2) 可同時充滿各個型腔；
(3) 對熱量和壓力損失較?。?
(4) 盡可能消耗較少的塑料；
(5) 能夠使型腔順利排氣；
(6) 澆注道凝料容易與塑料分離或切除；
(7) 不會使冷料進入型腔；
(8) 澆口痕跡對塑料外觀影響很小。
5.2 澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)組成是：主流道、分流道、澆口、冷料井。
5.3 主流道設計
主流道通常位于模具的入口處，其作用是將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔。其形狀為圓錐形，以便于塑料熔體得流動及流道凝料的拔出。熱塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要與高溫塑料及噴嘴反復接，所以主流道常設計成可拆卸的主流道襯套[1]。
澆口套的尺寸設計要求：
（1）澆口套與注射機噴嘴接觸處球面的圓弧度必須吻合。設模具澆口套球面半徑為R，注射機球面半徑為r，其關系式如下：
SR = SR1+(1 ~ 2)=12+1=13mm; （5.1）
（2）澆口套進口的直徑d應比注射機噴嘴孔d1直徑大0.5～2mm。很據模具特點和設計要求澆口套的長度為90mm。
D=3+0.5=3.5mm （5.2）
（3）主流道襯套的固定
因為采用的有托澆口套，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。
定圈也是標準件，外徑為Φ100mm，內徑Φ36mm。具體固定形式如下圖所示：
圖5.2定位圈
（4） 澆口設計
澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、側澆口、潛伏式澆口、護耳澆口、直澆口等。由PP的成型工藝性可知：成形收縮范圍及收縮率小，流動性不強，易于成形；熱容量大，注射成形模具必須設計能充分進行冷卻回路，注意控制成形溫度。料溫低時方向性明顯，尤其是低溫、高壓時更明顯。聚丙烯成形的適宜模溫為50℃左右，不可高于90℃，否則會造成成形塑件表面光澤差或產生熔接痕等缺陷。溫度過高會產生翹曲和變形。
根據分析、PP的成型工藝性、產品對外觀的要求、產品的形狀結構特點和模具的優(yōu)化，模具確定為一模4腔，采用側澆口，位置在塑件的定端中心位置。設計流道時，充分考慮了流動的平衡。在脫料板上設計有拉料機構，開模時，流道凝料會從澆口套和定模板中被拉出，待開模后自動落下。其示意圖如下：
圖5.3 澆口形式
六、成型零件結構設計
6.1 分型面的設計
6.11分型面的分類及選擇原則
分型面的選擇不僅關系到塑件的正常成型和脫模，而且設計末句結構和制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則有以下幾條：
1） 脫出塑件方便；
2） 模具結構簡單；
3） 型腔排氣順利；
4） 確保塑件質量；
5） 無損塑件外觀；
6） 合理利用設備。
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。
對中、小型塑件因型腔較小，空氣量不多，可借助分型面的縫隙排氣。因此，選擇分型面時應有利于排氣。按此原則，分型面應設在注射時熔融塑料最后到達的位置，而且不把型腔封閉
綜上所述，選擇注射模分型面影響的因素很多，總的要求是順利脫模，保證塑件技術要求，模具結構簡單制造容易。當選定一個分型面方案后，可能會存在某些缺點，再針對存在的問題采取其他措施彌補，以選擇接近理想的分型面。
6.12分型面的確定
鑒于以上的要求，在該模具中分型面設在塑件截面尺寸最大的部位，如下圖A-A截面位置。
圖6.1 分型面位置
6.2 型腔的分布
模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H形排列、直線排列、對稱排列及復合排列等。該模具無抽芯，結構較為簡單，綜合考慮模具設計為一模四腔，零件采用對稱排列，有利于節(jié)約材料，簡化結構。如圖所示
圖6.2 型腔的分布
6.3 凹模的結構設計
凹模用于成型塑件的外表面，又稱為陰模、型腔。按其結構的不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式和四壁鑲嵌式5種。總體上說，整體是強度、剛度好，但不適于復雜的型腔。鑲嵌式采用組合的模具結構，是復雜型腔加工相對容易，可避免采用同一材料，可利用拼接間隙排氣，但剛度較差易于在塑件表面留下鑲嵌塊的拼接痕跡，模具結構復雜[5]。
由于該模具結構一般，又屬于中小型模具，結構無復雜部分，所以凹模板采用整體式。
圖6-3型腔結構設計
6.4 凸模的結構設計
凸模用于成型塑件的內表面，又稱型芯、陽模。凸模按結構分為整體式和鑲拼組合式兩類。由于凸模的加工相對凹模容易，所以大多數(shù)的凸模是鑲拼式的
6.5 成型件的材料選擇
??（1）機械加工性能良好。
（2）拋光性能優(yōu)良。
（3）耐磨性和抗疲勞性能好。
在實際模具設計中可參考表4-1選擇合適的模具鋼材。
本產品采用的原材料PP為一般性熱塑性塑料。因此，其使用比較廣泛，對PP的幾種應用環(huán)境及所選用的鋼材進行對比后，并在其中選擇比較適合本次設計的材料，因此應該選用的鋼材型號為45鋼。由于塑料模具形狀往往比較復雜，據統(tǒng)計塑料模具的鋼材成本費用占整個模具制造成本不到20%，而切削加工成本占絕大部分（約75%），因此選擇模具材料時應考慮其加工性能，所以本次設計采用的鋼材型號為45鋼。
表6-1 塑料模具用鋼及適應的工作條件
鋼的類型
牌號
適應的工作條件
滲碳鋼
12CrNi2、12CrNi3A、20Cr、20CrMnMo、20Cr2Ni4A
生產批量大，承受較大動載荷，受磨損較重的模具
10、20
生產批量較小，精度要求不高，尺寸不大的模具
調質鋼
45、55
3Cr2Mo、40CrNiMoA、40CrNi2Mo、40CrMnMo、45CrNiMoVA、5CrNiMo、5CrMnMo、40Cr、4Cr5MoVSi、4Cr5MoVISi、35SiMn2MoVA
大型、復雜、生產批量較大的塑料注塑?；驍D壓成型模
高碳工具鋼
Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9Mn2V、9CrWMn、Cr6WV、Cr4W2MoV、GCr15、SiMnMo
熱固性塑料模具，生產批量較大，精度要求高及要求高強度、高耐磨的塑料注塑模
耐蝕鋼
4Cr13、9Cr18、9Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14MoV
要求耐腐蝕及表面要求較高的模具
沉淀硬化不銹鋼
17-7PH、PH15-7Mo、PH14-8Mo、AM-350、AM-355
馬氏體時效鋼
Ni18Co8Mo5TiAL、Ni20Ti2AINb、Ni25Ti2AlNb、Cr5Ni12Mo3TiAl
復雜、精密、耐磨、耐腐蝕、超鏡面的模具
6.6 成型件鋼材的熱處理要求
（1）成型件用的鋼材均應進行調質處理以消除內應力；
（2）成型表面有粗糙度要求的非亞光面的零件材料，其熱處理后的表面硬度最低不的底于HRC32，一般均應達到HRC45以上，否則難以達到拋光效果；
（3）精密、復雜、小型的型腔、型芯、鑲件可選用65Nb、CG-2和012Al。
6.7 模具成型零件的工作尺寸計算
工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要包括：凹模、凸模的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質量，模具設計時必須根據塑件的尺寸與精度等級確定相應的成型零部件工作尺寸與精度。
通常凹模、凸模組成的模腔工作尺寸簡化后的計算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。其中平均收縮率法以平均概念進行計算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成形零件制造公差、磨損量都為平均值的計算，公式如以下[7]：
（1）凹模的內形尺寸：
L=[L(1+k)-(3/4)Δ] （5.6）
式中： L為型腔內形尺寸(mm)；
L為塑件外徑基本尺寸(mm),即塑件的實際外形尺寸；
K為塑料平均收縮率(%)，此處取1.75%；
Δs為塑件公差，查表知PP塑件精度等級取5級；塑件基本尺寸在30~40mm范圍內取0.56mm;
所以型腔尺寸如下：
L1=[32×(1+0.0175)-(3/4)×0.56]=32.14
L2=[38×(1+0.0175)-(3/4)×0.56]=38.24
型腔深度的尺寸計算：
h=[h(1+k)-(2/3)Δ] （5.7）
式中： h模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內形深度尺寸；
Δs 、K 含義如（1）式中。
H1=[32×(1+0.0175)-(2/3)×0.56]=32.19
2）凸模的外形尺寸計算：
L=[L(1+k)+(3/4) Δ] （5.8）
式中： L模/型芯外形尺寸(mm)；
L為塑件內形基本尺寸(mm),即塑件的實際內形尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中。
由于該塑料的收縮率不大為1.75%，故只需在型腔尺寸比較大的考慮其收縮率，在尺寸小的地方不用考慮由收縮率引起的尺寸偏差。
所以型芯的尺寸如下：
L1=[32.6×（1+0.0175）+（3/4）×0.56]=33.59
L2=[35.4×（1+0.0175）+（3/4）×0.56]=36.43
型芯的深度尺寸計算：
h=[h(1+k)+ (2/3)Δ] （5.10）
式中： h為凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內形深度尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中。型芯的高度為：
H1=[30.7×（1+0.0175）+（2/3）×0.56]=31.61
七、排氣系統(tǒng)的設計
在設計注射模時，應在模具結構中設計有排氣系統(tǒng)，其作用是：將型腔中原有的空氣及成形過程中產生的氣體順利排出，以免塑件產生氣泡，疏松等缺陷。常用的排氣方式主要有兩種，其一是利用模具的排氣系統(tǒng)排氣；其二是利用模具的分型面及各部分零件的配合間隙排氣，如圖6-1所示為利用分型面排氣方法。本次設計采用分型面排氣方法。
圖6-1分型面排氣示意圖
八、導向與脫模機構的設計
8.1導向機構的作用
導向機構是保證塑料注射模具的動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，通常采用導柱導向，主要零件包括導柱和導套。其具體作用有：
a、定位作用
b、導向作用
c、承載作用
d、保持運動平穩(wěn)作用
e、錐面定位機構作用
8.2導柱、導套的設計
導柱導向是指導柱與導套（導向孔）采用間隙配合使導柱在導套（導向孔）內滑動，配合間隙一般采用H7/h6級配合[8]。
8.21導柱的設計
導柱的結構形式有兩種：一種為單節(jié)式導柱，另一種為臺階式導柱。小型模具采用單節(jié)式導柱，大型模具采用臺階式導柱[8]。
在導柱的工作部分上開設油槽，可以改善導向條件，減少摩擦,故導柱采用加油槽的階梯式導柱
根據國家標準選用直徑為25mm長度為120mm的導柱。
由于導柱已選定，由塑料模具設計與制造可查得與之相配的導套其直徑為25mm，長度分別為45其示意圖如下
8.23 導向孔的總體布局
導向零件應合理地均勻分布在模具的四周圍或靠近邊緣的部位，其中心距模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后發(fā)生變形。根據手冊推薦值選定的導柱分布情況如下圖所示：
圖8.3 導向孔總體布局
8.3脫模推出機構的確定
頂出機構的功能是在任何正常的情況，頂出機構都能確實可靠的將成型塑件從模板一側頂出，并在合模時其相關的頂出零件確保不與其它模具零件相干擾的恢復到原來的位置。
頂出機構的設計原則：
開模時應留在動模的一側；塑件在成型頂出后，一般都有痕跡，但應盡量使頂出殘留痕跡不影響塑件的外觀，一般頂出機構應設在塑件內表面以及不顯眼的位置；頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點應在塑件承受頂出力最大的部位，即不易變形或損傷的部位，盡量避免頂出力作用于最薄的位置，防止塑件在頂出過程中的變形和損傷；頂出機構應平穩(wěn)順暢，靈活可靠。
頂出機構有多種類型，本設計采用推板推出。采用推板推出是最常用的一種，由于這個形狀的頂出最容易加工，且容易保證其配合精度，易于保證其互換性，并易于更換，而且它還具有滑動阻力小，不易卡滯等優(yōu)點，因此，我們采用推板推出。
圖8.4 推板
九、其它結構零部件的設計
模架技術的標準，是指在模具設計中和制造中所應遵循的技術規(guī)范、基準、和準則。它具有以下定義：
1. 減少了模具設計者的重復性工作；
2. 改變了模具制造行業(yè)“大而全，小而全”的生產局面，轉為專業(yè)生產；
3. 模具的標準化是采用CAD/CAM技術的先決條件；
4. 有利于模具技術的國際交流和模具出口。
根據《實用模具設計與制造手冊》表2-86的注射模模體組合形式而選模架，它適應于單分型面的模具的推件板的推出機構[13]。
經校核模具的強度和剛度都是足夠的，且模架的大小也適中，經核算選用該模架是較為合理的。
開模行程的效核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于單分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核[15]：
S≥H1+H2+（5～10）(mm) （8.1）
式中： S為注塑機的最大行程（此模具中為300）mm；
H1為塑件的脫模距離（此模具中為80），mm；
H2為包括流道在內的塑件高度（此模具中為130），mm；
所以上式成立（210>300），即該注塑機的開模行程符合要求。由以上對各參數(shù)的效核可知該注塑機符合要求。
十、冷卻系統(tǒng)設計
模具設置冷卻裝置的目的：一是防止塑件脫模變形；二是縮短成型周期；三是使結晶性塑料冷凝形成較低的結晶度，以得到柔軟性、擾曲性、伸長率較好的塑件。模具冷卻系統(tǒng)的目的，不僅僅是對模具進行冷卻，而且可使模具維持成型制品所需要的恒定溫度。
10.1冷卻系統(tǒng)的設計原則：
1）冷卻回路數(shù)量應盡量多，冷卻通道孔徑要盡量大；
2）冷卻通道的布置應合理；
3）冷卻回路應有利于降低冷卻水進、出口水溫的差值；
4）冷卻回路結構應便于加工和清理；
5）冷卻水道至型腔表面的距離應盡可能相等；
6）冷卻水道要避免接近熔痕部位，以免熔接不牢，影響塑件的精度
10.2 溫度調節(jié)對塑件質量的影響
1、改善成形性 每一種塑料都有其濕度的成形模溫，在生產過程中若能始終維持相適應的模溫則其成形性可得到改善，若模溫過低，會降低塑件熔體流動性，使塑件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過高，會使塑件脫模時和脫模后發(fā)生變形，使其形狀和尺寸精度降低。
2、 成形收縮率 利用模溫調節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定，能有效減少塑料成型收縮的波動，提高塑件的合格率。采用允許的的模溫，有利于減少塑料的成形收縮率，從而提高塑件的尺寸精度。并可縮短成形周期，提高生產率。
3、 塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大，會使塑件收縮不均勻，導致塑件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路，確保模溫均勻，消除塑件翹曲變形。
4、 尺寸穩(wěn)定性 對于結晶性塑料，使用高模溫有利于結晶過程的進行，避免在存放和使用過程中，尺寸發(fā)生變形；對于柔性塑料（如聚烯烴等）采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定。
10.3 對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求
a、 根據選用的塑料品種，確定溫度調節(jié)系統(tǒng)是采用冷卻方式還是加熱方式；
b、 希望模溫均勻，塑件各部分同時冷卻，以提高生產率和塑件質量；
c、 采用較底的模溫，快速、大流量通水冷卻一般效果比較好；
d、 溫度調節(jié)系統(tǒng)要盡量做到結構簡單，加工容易，成本低廉。
10.4 冷卻裝置的設計要點
a、 冷卻水孔的數(shù)量愈多，對塑件的冷卻也就愈均勻；
b、 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即將孔的排列與型腔形狀相吻合；
c、 塑件局部壁后處，應加強冷卻；
d、 對熱量積聚大，溫度上升高的部位應加強冷卻；
e、 當成型大型塑件或薄壁制品時，料流程較長，而料溫愈流愈低，為在整個塑件上取得大致相同的冷卻速度，可以適當改變冷卻水道的排水密度，在料流末端冷卻水道可以排列得稀一些；
10.5冷卻系統(tǒng)設計計算
10.51 冷卻水管直徑
為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，查資料取D=6mm
結合模具的結構取2條冷卻管道會造成模具溫度會分布不均，故這里取4條，上下模板各兩條。
10.52 冷卻水道的結構
由于該塑件體積比較小，所以水道采用直水道直徑為6mm。
第十一章 模具的裝配
該模具以模板相鄰側面作為裝配基準，磨削模板相鄰兩側面成90°，然后以側面為基準分別安裝定模和動模上的其它零件。
11.1 組件型腔和型芯與模板的裝配
根據這模具的結構采用埋入式型芯裝配，固定板沉孔與型芯尾部為過度配合。固定板沉孔一般采用立銑加工，在修整配合部分時，應注意動模和定模的相對位置，修配不當則將使裝配后的型芯不能與定模配合。埋入型芯還用螺釘緊固。型腔采用鑲入法，在裝配時，要選取裝配基準，合理的確定其裝配工藝，保證裝配關系正確。裝配好后還打上記號，便于以后的拆裝[16]。
裝配時的注意事項：
1. 型腔和型芯與模板固定孔一般為H6/m6配合，如配合過緊，應進行修磨，否則在壓入后模板變形，對于多型腔模具，還將影響個型芯間的尺寸精度；
2. 裝配前應檢查，修磨影響裝配的傾角為圓角或倒棱；
3. 為了便于型芯和型腔鑲入模板，并防止擠毛孔壁，壓入端設計有導入圓角；
4. 型芯和型腔壓入模板時應保持垂直和平穩(wěn)，在壓入的過程中應邊檢查邊壓入。
11.2 推桿的裝配要求
1. 推桿的導向段與型腔推桿孔的配合間隙要正確合理，一般采用H8/f8配合，應注意防止間隙太大漏料；
2. 推桿與推桿孔中往復運動平穩(wěn)，無卡滯現(xiàn)象；
3. 推桿與復位桿端應分別與型腔表面和分型面齊平；
4. 推桿固定板的加工與裝配。
為了保證制作的順利拖木，各推出元件應運動靈活，復位可靠，推桿固定板與推板需要導向裝配和復位支承，采用導柱導向結構。用復位桿復位，為了使推桿在推板孔中往復平穩(wěn)，推桿在推桿孔中有所浮動，推桿與推桿孔的裝配部分分每邊流有0.5mm的間隙。所推桿固定的位置通過型腔鑲塊上的推桿孔配鉆而得[17]。
11.3 模具總裝配程序
1. 確定裝配基準；
2. 裝配前要對零件進行測量，合格零件必須去磁并將零件擦洗干凈；
3. 調整個零件組合后的累積尺寸誤差，如各模板的平行度要校驗修磨，以保證模板組裝密合，分型面處吻合面積不得小于90%，間隙不得超過溢料最小值，防止飛邊；
4. 裝配中盡量保持原加工尺寸的基準面，以便總合模調整時檢查；
5. 組裝導向系統(tǒng)，并保證開模，合模動作靈活，無松動和卡滯現(xiàn)象；
6. 組裝頂出系統(tǒng)，并調整好復位已經頂出位置等；
7. 組裝休整型心，保證配合面間隙達到要求；
8. 組裝冷卻或加熱系數(shù)，保證管路暢通，不漏水，法門動作靈活；
9. 緊固所有螺釘；
10. 試模合格后打上模具標記，最后檢查各種配件，附件，保證模具裝配齊全。
11.4 該模具的裝配要求
1. 模具上下平面的平行度偏差不大于0.03mm，分型面處需密合。
2. 頂件時頂桿必須保持同步，上下模芯必須緊密接觸[18]。
11.5 模具的裝配工藝
1. 按圖紙要求檢查各零件尺寸；
2. 修磨分型面的密合度；
3. 將定模和動模板合在一起并用夾板夾緊，鏜導柱，導套孔，在孔內壓入工藝定位銷后，加工側面垂直基準；
4. 利用定模的側面垂直基準來確定定模上時間型腔中心，作為以后加工的基準，分別加工定模的型腔；
5. 利用定模型腔的實際中心，加工型心固定型孔的切割穿線孔，并進行線切割型孔；
6. 在定模和動模上分別壓入導柱導套，并保持導向可靠、靈活；
7. 過型心引鉆，鉸動模板上的頂桿孔；
8. 過動模引鉆頂桿固定板上的頂桿孔；
9. 加工復位桿孔，并組裝頂桿固定板；
10. 組裝模底板和動模板；
11. 在定模板上加工導柱孔，并將澆口套壓入定模板上；
12. 裝配定模部分；
13. 裝配動模部分并修正頂桿和復位桿長度；
14. 裝配完畢后進行試模，試模合格后打上標記并交驗入庫。
十二、小結
從拿到畢業(yè)設計任務書起，我查閱了大量書籍、期刊和電子資料，盡可能多的了解目前國內塑料模具行業(yè)和塑料的現(xiàn)狀和發(fā)展前景。充分運用自己所學知識、借鑒前人的資料，對給定的塑件進行認真分析，最終確定成型工藝方案。并進一步選擇設備、確定模具結構、動作原理分析、計算零件尺寸、推出機構設計。中期檢查過后，我對自己的思路和設計做了一些調整，最終確定了整個模具的結構。并涉獵了相關英語資料，翻譯了其中一部分。
由于模具要求精度高，形狀、結構比較復雜。進行設計時，不僅用到模具制造工藝學的知識，而且要用到大量機械制造方面的內容。比如機械制圖、機械工程材料、塑性成型設備、公差、計算機制圖等。通過這次的設計對以前所學的知識進行了回顧和溫習，可以說這次畢業(yè)設計是對四年大學所學專業(yè)知識的檢驗和練習。
由于所學知識有限且缺乏實際工作經驗，難免有不足和錯誤之處。希望老師給予指正。
十三、參考文獻
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