雨伞手柄塑料模具毕业设计

第一章 绪论

1.1模具在加工工业中的地位

模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。

对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。

模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。

现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展

1.2我国模具技术的现状及发展趋势

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是

使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48" （约122CM ）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

第二章 塑件的工艺分析

2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征

该塑件材料选用ABS （丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。

用途：汽车配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等），收音机壳，电话手柄、大强度工具（吸尘器，头发烘干机，搅拌器，割草机等），打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。

比重:1.05克/立方厘米

燃烧鉴别方法：连续燃烧、蓝底黄火焰、黑烟、浅金盏草味

溶剂实验：环已酮可软化，芳香溶剂无作用

特点：

1、综合性能较好, 冲击强度较高, 化学稳定性, 电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好, 制成双色塑件, 且可表面镀铬, 喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS 差一点，比PMMA 、PC 等好，柔韧性好。

5、用途：适于制作一般机械零件, 减磨耐磨零件, 传动零件和电讯零件.

6、同PVC （聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。

成型特性：

1. 无定形料, 流动性中等, 吸湿大, 必须充分干燥, 表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.

2. 宜取高料温, 高模温, 但料温过高易分解(分解温度为>270度). 对精度较高的塑件, 模温宜取50-60度, 对高光泽. 耐热塑件, 模温宜取60-80度.

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变

入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS 树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS ，SAN ，BS 的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯。

ABS 工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS 工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，散热性（现在ABS 工程塑料的工艺已经很成熟了，笔记本电脑只要内部结构设计合理，同样可以有出色的散热效果。)

成型加工和机械加工较好。ABS 树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

ABS 工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。

ABS 有良好的耐化学腐蚀及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。

ABS 无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm³。ABS 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、碱和酸类对ABS 几乎无影响。ABS 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 有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS 的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70ºC 左右，热变形温度为93ºC 左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS 在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件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；ABS 易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少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。

ABS 主要技术指标：

表1-1 热物理性能

表1-2 力学性能

表1-3 电气性能

2.2分析塑件的结构工艺性

雨伞手柄的形状较简单，其内侧有凸凹台及加强肋。雨伞手柄的注塑材料首先选用ABS ，雨伞手柄的中心决定了它的重心位置的所在。所以我们必须很好的处理它壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。由于雨伞手柄的主体作用是起固定作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。主要是它内侧凸台的壁厚跟加强肋及外侧一样，在注塑的时候，所受到的力相差不大，不大容易造成塑件填充不满的缺陷，可以考虑采用单浇口。而在外侧有绳索孔，在生产过程中，凸凹模是无法解决这个问题，所以就使用外侧抽芯机构。

该塑件尺寸中等，整体结构较简单. 多数都为曲面特征。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，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： 5级。

2.3工艺性分析

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

塑件的工艺参数：

干燥条件：80-90℃ 2小时

成型收缩率:0.4-0.7%

模具温度：25-70℃（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）

融化温度：210-280℃（建议温度：245℃）

成型温度：200-240℃

注射速度：中高速度

注射压力：500-1000bar

第三章 注射机的选择

3.1 塑件体积的计算

塑件：

零件塑件的体积 V=10.9cm3

浇注系统的体积：V2=3.1cm3

塑件与浇注系统的总体积为V=10.9*4+3.1=46.7cm 3

3.2计算塑件的质量：查手册取密度ρ=1.05g/cm3

塑件体积：V=10.9cm3

塑件质量：根据有关手册查得：ρ=1.05g/cm3

所以，塑件的重量为：

M=V×ρ=10.9cm3×1.05=11.45g

3.3按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据 n ≤km p -m 1

k

得 m nm +m 1

p ≥k (4-2)

k -注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;

m p -注射机最大注射量，cm з或g;

m 1-浇注系统凝料量，cm з或g ；

m -单个塑件体积或质量，cm з或g ；

根据塑件的结构及尺寸精度要求, 该塑件在注射时采用1模2腔

3.4计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下

4-1） （

图4.1 浇注系统示意图

根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=3.1cm3

3.5注射机的选择

注塑机的主要参数有公称注射量, 注射压力, 注射速度, 塑化能力, 锁模力, 合模装置的基本尺寸, 开合模速度, 空循环时间等. 这些参数是设计, 制造, 购买和使用注塑机的主要依据.

(1)公称注塑量；指在对空注射的情况下, 注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时, 注射装置所能达到的最大注射量, 反映了注塑机的加工能力.

(2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴, 浇道和型腔时的流动阻力, 螺杆(或柱塞) 对熔料必须施加足够的压力, 我们将这种压力称为注射压力.

(3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔, 除了必须有足够的注射压力外, 熔料还必须有一定的流动速率, 描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.

常用的注射速率如表3-4所示。

表3-4 注射量与注射时间的关系

注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000

注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600

3

2000

注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5

(4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量. 塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调, 若塑化能力高而机器的空循环时间长, 则不能发挥塑化装置的能力, 反之则会加长成型周期.

(5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力, 在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.

(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸, 拉杆空间, 模板间最大开距, 动模板的行程, 模具最大厚度与最小厚度等. 这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.

(7)开合模速度；为使模具闭合时平稳, 以及开模, 推出制件时不使塑料制件损坏, 要求模板在整个行程中的速度要合理, 即合模时从快到慢, 开模时由慢到快在到停.

(8)空循环时间；在没有塑化, 注射保压, 冷却, 取出制件等动作的情况下, 完成一次循环所需的时间.

查国产注射机主要技术参数表取SZ-160/1000,主要技术参数如下。

特性

结构类型

理论注射容积（cm ）

螺杆(柱塞) 直径

(mm)

注射压(MPa )

注射速率(g/s)

塑化能力(g/s)

螺杆转速(r/min)

锁模力(KN) 132 110 10.5 10~150 1000 3内容 卧 179 44 特性 拉杆内间距(mm) 移模行程(mm) 最大模具厚度(mm) 最小模具厚度(mm) 锁模形式(mm) 模具定位孔直径(mm) 喷嘴球半径(mm) 喷嘴口直径 内容 360×260 280 360 170 液压 120 10 4.0

第四章 浇注系统的设计

浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入; 避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁, 型芯或嵌件, 使塑料能尽快的流入到型腔各部位, 并避免型芯或嵌件变形; 尽量避免使制件产生熔接痕, 或使其熔接痕产生在之间不重要的位置; 浇口位置及其塑料流入方向, 应使塑料在流入型腔时, 能沿着型腔平行方向均匀的流入, 并有利于型腔内气体的排出。设计时必须按如下要求：

（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。

（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。

（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。

（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。

（5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。

（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。

4.1主流道的设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道，是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为长圆锥形，流道宽度随着连接分流道的距离的减小而比增大，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常用高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。

根据选用的型号注射机的相关尺寸得

喷嘴前端孔径：d0=4.0mm；

喷嘴前端球面半径：R0=10mm；

根据模具主流道与喷嘴的关系

R =R 0+(1 2)mm

d =d 0+(0.5 1)mm

取主流道球面半径：R=11mm；

取主流道小端直径：d=4.5mm

为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜

度为2 6 ，此处选用2°，经换算得主流道大端直径为6.03MM 。

图5.1 主流道示意图

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，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。

表4-1流道断面尺寸推荐值

塑料名称 分流道断面直径塑料名称

mm 分流道断面直径 mm

ABS ，AS 4.8~9.5

聚乙烯

尼龙类

聚甲醛

丙烯酸

抗冲击丙烯酸

醋酸纤维素

聚丙烯

异质同晶体

1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10 聚苯乙烯 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 离子聚合物 聚苯硫醚 3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为7mm 。

分流道选用圆形截面：直径D=7mm

流道表面粗糙度 R a =

1.6μm

图5.2 分流道示意图

4.3分型面的选择设计原则

塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则：

（1）分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。

（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。

（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。

（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑 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艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。

1. 分型面的形式

该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。

2. 分型面的设计原则

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。

选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处

（2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模

（3）保证塑件的精度

（4）满足塑件的外观质量要求

（5）便于模具制造加工

（6）注意对在型面积的影响

（7）对排气效果

（8）对侧抽芯的影响

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

其分型面如图

5.3.1

图5 .3 .1 分型面示意图

4.4浇口的设计

浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：

（1） 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。

（2）易于在浇口切除浇注系统的凝料。浇口截面积约为分流道截面积的0.03～

0.09，浇口的长度约为0.5mm ～2mm ，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。

当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。浇口位置的选择：

（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。

（2）浇口设置应有利于排气和补塑。

（3）浇口位置的选择要避免塑件变形。采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。

（4）浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。

（5）浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。

因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的，考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离，所以本次设计选取用点绕口。在利用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE 的注塑之后选择了更具优势的浇口。

根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口） 该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。

该模具采用侧浇口，其有以下特性:

（1）形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；

（2）试模时如发现不当，容易及时修改；

（3）能相对独立地控制填充速度及封闭时间；

（4）对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。

浇口设计如图

5.3

图5.3 浇口示意图

4.5冷料井的设计

冷料井位于主流道的正对面的动模板上，其作用是收集熔体前锋的冷料，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、储存冷料，另一种除储存冷料外还兼有拉出流道凝料作用，此处应用后者。

在分流道的末端，冷料井的长度通常为流道直径的1.5～2倍，相机面壳模具属于中小型模具，故冷料井长度取流道直径的1.6倍，即8.0mm 。

在主流道对面采用冷料井底部带推料杆的冷料井，推杆为带Z 型头拉料钩，其侧凹可以将主流道凝料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推出板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。

由文献资料[11]，其结构尺寸如下：

Z 头高3/4d，其中

d=D+（0.5～1） （3-3）

则d=8+（0.5～1）=8. mm，

Z 头底部自分流道距离为5/4d，如下图所示：

图5.5 冷料穴示意

第五章 塑料件的工艺尺寸计算与侧向分型设计

5.1型腔、型芯工作尺寸计算

ABS 塑料的收缩率是0.3%--0.8%

平均收缩率: Q 平 =（0.3%--0.8%）/2=0.55%

3+δ（D +DQ 平-∆）型腔内径： D 模==46mm 4

2+δ（H +HQ 平-∆）型腔深度： H 模==31.15mm 3

3（d +dQ 平+∆）型芯外径： d 模=-δ=40.2mm 4

2（h +hQ 平+∆）型芯深度： h 模=-δ =29.65mm 3

D 模-型腔径向尺寸（mm ）;

D - 塑件外形基本尺寸（mm ）;

Q 平-塑件平均收缩率；

∆-塑件公差

δ-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6∆；

d -塑件内形基本尺寸（ mm）;

d 模-型芯径向尺寸（mm ）;

； H 模-型腔深度（mm ）

H -塑件高度（mm ）

； h 模-型芯高度（mm ）

h -塑件孔深基本尺寸（mm ）；

型腔：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型

型芯：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型

5.2模架的选择

注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，型号为：AI-1525-A30-B45-C60。

图6.1 模架模型图

第六章 导向机构的设计

导向机构的作用：1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力

6.1导柱的设计

6.1.1长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12 cm，以免

出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。

6.1.2形状 导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。

6.1.3材料 导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采

用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为50—55HRC 。

6.2导套的结构设计

6.2.1材料 用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。

6.2.2形状 为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，

以利于排出孔内的空气。

第七章 推出机构的设计

（1）设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧 由于推出机构的动作是通过注射机的动模一侧的顶杆或液压缸来驱动的，所以，在一般情况下，模具的推出机构设在动模一侧。正是由于这个原因，在考虑塑件在模具中的位置和分型面的选择时，应尽量能使模具分型后塑件留在动模一侧，这就要求动模部分所设置的型芯被塑件包络的侧面积之和要比定模部分的多。

（2）塑件在推出过程中不发生变形和损坏 为了使塑件在推出过程中不发生变形和损坏，设计模具时应仔细进行塑件对模具包紧力和黏附力大小的分析与计算，合理地选择推出的方式、推出的位置、推出零件的数量和推出面积等

（3）不损坏塑件的外观质量 对于外观质量要求较高的塑件，塑件的外部表面尽量不选作推出位置，即推出塑件的位置尽量设在塑件的内部。对于塑件内外表面均不允许存在推出痕迹时，应改变推出机构的形式或设置专为推出使用的工艺塑料块，在推出后再将工艺塑料块与塑件分离。

（4）合模时应使推出机构正确复位 设计推出机构时，应考虑合模时推出机构的复位，在斜导杆和斜导柱侧向抽芯及其他特殊情况下，还应考虑推出机构的先复位问题

（5）推出机构应动作可靠 推出机构在推出与复位的过程中，结构应尽量简单，动作可靠、灵活，制造容易。

注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动的脱出模外。推杆脱模机构在生产实际中应用广泛，是脱模机构的典型型式，它一般包括推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板等组成，当开模到一定距离时，注塑机推出装置推动推板并带动所有推杆、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触，而将推板和所有的复位杆一道推回原位。

根据塑件的形状特点， 模具型腔在定模部分，型心在动模部分。其推出机构可采用推杆推出机构、推件板推出机构。由于分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推杆推出机构，推杆推出机构结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件底部装配后使用时 不影响外观，设立五个推杆平衡布置，既达到了推出塑件的目的，又降低了加工成本。注：推杆推出塑件，推杆的前端应比型腔或型心平面高出0.1-0.2mm

采用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。结合制品的结构特点，模具型腔的结构采用了整体式型腔板，这种结构工作过程中精度高，并且在此模具中容易加工得到， 在推出机构中采用厂组合式推杆，如图中，这种结构主要是防止推杆在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断，因为产品较小，另外折断后也易于更换。这里采用设计推杆，全部固定在顶杆固定板。

推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布

置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。根据推杆本身的刚度和

强度要求，推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.05—0.1cm.

7.1推件力的计算

对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q ）：

Q =Lhp (f cos α-sin α) (8-1)

式中 L --型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm ）;

h --被包紧部分的深度（cm ）;

p --由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取

7.8——11.8MPa ；

f --磨擦系数，一般取0.1~1.2；

α--脱模斜度( )；

L=126.29MM

H=29.65MM

Q=126.29MM*29.65MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)*2

=748.9(N)

7.2推杆的设计

①推杆的强度计算 查《塑料模设计手册之二》由式5-97得

164⨯φ2⨯l 2

⨯Q ）4d=（3n ⨯π⨯E (8-2)

d ——圆形推杆直径cm

φ——推杆长度系数≈0.7

l ——推杆长度cm

n ——推杆数量

E——推杆材料的弹性模量N/cm 2(钢的弹性模量E=2.1⨯107N/cm 2)

Q——总脱模力

取 D=8MM。

②推杆压力校核 查《塑料模设计手册》式5-98

σ=4Q ≤σs (8-3) 2n π⨯d

σs 取320N/mm²

σ

第八章 温度调节系统化的设计

在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约80%，然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求有尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度，塑件和模具间的热循环交互作用等。

（1）低的模具温度可降低塑件的收缩率。

（2）模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快，可降低塑件的翘曲变形。

（3）对结晶性聚合物，提高模具温度可使塑件尺寸稳定，避免后结晶现象，但是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。

（4）随着结晶型聚合物的结晶度的提高，塑件的耐应力开裂性降低，因此降低模具温度是有利的，但对于高粘度的无定型聚合物，由于其耐应力开裂性与塑料的内应力直接相关，因此提高模具温度和充模，减少补料时间是有利的。

（5）提高模具温度可以改善塑件的表面质量。

在注射成形过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，根据塑

料的要求，注射到模具内的塑料温度为2000C 左右，而从模具中取出塑件的温度约为600C ，温度降低是由于模具通入冷却水，将温度带走了，普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度

因雨伞手柄使用的塑料是ABS ，要求模温高，若模具温度过低则会影响塑料的

流动性，增加剪切阻力，使塑件的内应力较大，甚至还出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。因此在注射开始时，为防止填充不足，充入温水或者模具加热。

总之，要做到优质、高效率生产，模具必须进行温度调节。

对温度调节系统的要求：

（1）确定加热或是冷却；

（2）模温均一，塑件各部分同时冷却；

（3）采用低的模温，快速且大量通冷却水；

温度调节系统应尽量结构简单，加工容易，成本低谦。

8.1模具冷却系统的设计

根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。根据书上的经验值取4根，冷却水口口径为7mm.

另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循：

1、 浇口处加强冷却；

2、 冷却水孔到型腔表面的距离相等；

3、 冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大；

4、 冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。

5、 进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应

设在注塑机的背面。

6、 冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。

而且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。

冷却水回路布置的基本原则： 1) 冷却水道应尽量多；2) 截面尺寸应尽量大； 3) 冷却水道离模具型腔表面的距离应适当； 4) 适当布置水道的出入口； 5) 冷却水道应畅通无阻； 6) 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位； 由以上原则我们可以确定冷却水道的布置情况，以及冷却水道的截面积

浇注系统中的分流道采用非平衡式布置，从主流道末端到每个浇口的距离不相等，但是分流道的截面形状和尺寸大小完全相同，这样的设计可以使进人每—型腔的流程最短，减少了热量散失，缩小了模具的体积，对于该小型什的注射成型来说，并不影响制品的使用性能。分流道的横截面形状为梯形，浇口的类型采用侧浇口。冷却系统的设计对于成型小型件的1模多腔模具来说是十分重要的。如果冷却不好或冷却不均匀，必然导致收缩不均匀，特别是非平衡式分流道的结构。放为了使冷却效果好，在模具的定模型腔板和动模利腔板内开没了如图所示的水道，横向穿过这两块模板，这样使塑件各处的冷却均匀，模具的模温均匀设定模具平均工作温度为60 /C ，用常温20 /C 的水作为模具冷却介质，其出口温度为30 /C 。

8.2模具加热系统的设计

因在ABS 要求的熔融温度为200。而且流动性能为中性，同时在注射时模具温度要求为50——70，所以该模具必须加热。模具加热方法包括：热水，热空气，热油及电加热等。由于电加热清洁、结构简单、可调节范围大，所以在该模具应用电加热。

第九章 模 具 的 装 配

装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。

在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。

塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模的型腔，型芯为装配基准。这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。

9.1模具的装配顺序

（1）确定装配基准；

（2）装配前要对零件进行测量，合格零件必须去磁并将零件擦拭干净；

（3）调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保

证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边。

（4）在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；

（5）组装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；

（6）组装冷却和加热系统，保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固

所连接螺钉，装配定位销。装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中；

（7）试模：试模合格后打上模具标记，包括模具编号、合模标记及组装基面。

① 模具预热

模具预热的方法，采用外部加热法，将铸铝加热板安装在模具外部，从外

部向内进行加热，这种方法加热快，但损耗量大。

② 筒和喷嘴的加热

根据工艺手册中推荐的工艺参数将料筒和喷嘴加热，与模具同时进行。

③ 工艺参数的选择和调整

根据工艺手册中推荐的工艺参数初选温度，压力，时间参数，调整工艺参数时按压力，时间，温度这样的先后顺序变动。

④ 注塑

在料筒中的塑料和模具达到预热温度时，就可以进行试注塑，观察注塑塑件的质量缺陷，分析导致缺陷的原因，调整工艺参数和其他技术参数，直至达到最佳状态。

（8）模具的维护

模具在使。那么优化设计的镶件和嵌件在这里就起到了很大的作用，只须更换个别已损坏的零件，不会导致用过程中，会出现正常的磨损或不正常的磨损。不正常的损坏绝大多数是由于操作不当所致模具的彻底报废。

最后检查各种配件、附件待零件，保证模具装备齐全，另外在装配过程中应严防零件在装配过程中磕、碰、划伤和锈蚀。装配滚动轴承允许采用机油进行热装，油的温度不得超过1000C

9.2确定冷却水道直径

查表3-26得ABS 的单位流量为35 104J /kg

依据塑件体积可知所需的冷却水管直径较小。

设计冷却水道直径为6mm 符合要求。

冷却水示意图：

第十章 模具排气槽的设计

当塑料熔体充填型腔时，必须顺序地排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热而产生的气体。如果气体不能被顺利排出，塑料会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。特别是对大型塑件、容器类和精密塑件，排气槽将对它们的品质带来很大的影响，对于在高速成行中排气槽的作用更为重要。我们的塑件并不是很大，而且不属于深型腔类零件，因此本方案设计在分型面之间、推杆预模板之间及活动型芯与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值取0.04㎜。

第十一章 校核

注射机有关工艺参数的校核

1）锁模力与注射压力的校核

F >p (nA +A 1) (10-4)

p --注射时型腔压力 查参考文献得 113MPa

A --塑件在分型面上的投影面积（cm 2）

A 1--浇注系统在分型面上的投影面积（cm 2）

F --注射机额定锁模力，按注射机额定锁模力为1000kN

10.4模具厚度H 与注射机闭和高度

注射机开模行程应大于模具开模时，取出塑件（包括浇注系统）所需的

开模距离

即满足下式

S ≥H 1+H 2+(5 10) (10-5) 式中 S --注射机最大开模行程，mm ；

H 1--推出距离（脱模聚居），mm ；

H 2--包括浇注系统在内的塑件高度，mm ；

Sk=27mm+73.65mm=100.65mm

Sk≤S=280mm 条件成立

致谢

通过对雨伞手柄塑料成型模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。

在模具制造的加工工艺，来编写加工工艺卡片。

在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD 软件，新的工具的利用，大大提高了工作效率。

以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。

模具CAD 技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。

总之，通过毕业设计的又一次锻炼完全清楚：充分利用CAD 技术进行设计，在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。同时在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美的模具。

这次设计的完成，还得感谢指导老师们的精心指导。但错误之处在所难免，望批评指正。非常感激！

参考文献

[1] 申开智．塑料成型模具[Ｍ]．北京：中国轻工业出版社，2006.

[2] 陈志刚．塑料模具设计[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2002.

[3] 吉卫喜主编．机械制造技术[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2001.

[4] 王伯平主编．互换性与测量技术基础[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2004.

[5] 丁闻．实用塑料成型模具设计手册—注射模、压缩模和压注模[Ｍ].西安：西安交 通大学出版壮出版，1993.

[6] 何满才．Pro/ENGINEER模具设计与Mastercam 数控加工[Ｍ]．北京：人民邮电 出版社，2005.

[7] 郭晓俊．Pro/ENGINEER Wildfire3．0中文版模具设计基本技术与案例实 践[Ｍ]．北京：清华大学出版社，2007.

[8] 王孝培．塑料成型工艺及模具简明手册[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2000.

[9] 邱会朋．Pro/ENGINEER Wildfire3．0中文版注塑零件和注塑模具：设计•分 析•工程图[Ｍ]．北京：电子工业出版社，2007.

[10] 黄鹤汀．机械制造装备[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2001.

[11] 李德群，唐志玉．塑料与橡胶模具设计[Ｍ]．北京：电子工业出版社，2007.

[12] 钱志峰，刘苏．工程图学基础教程[Ｍ]．北京：科学出版社，2003.

[13] 王旭，王积森．机械设计课程设计[Ｍ]．北京：机械工业出版社，2003.