模具设计说明书(完整)

课程设计说明书

橡塑制品设计及成型模具课程设计

学 院 机械与汽车工程学院 专 业 材料成型及控制工程 学生姓名 骆君 指导教师 麻向军 提交日期 2011年07月 12日

课程设计任务

一、设计任务

本次课程设计的任务是针对一个塑料仪器盖，如图一所示，设计一个成型模具。塑件外形结构比较简单，其技术要求如下：

1、塑料不允许有裂纹、变性缺陷； 2、脱模斜度30′~1° 3、未注圆角R2~R3。

二、设计要求

课程设计时间为2周，设计中要完成以下工作量： 1、塑件零件图1张（另行分配）。 2、模具装配图1张（A0或A1）。

3、模具零件图4～5张（必须有1张手工绘图），包括凸模、凹模、型芯等。4、设计说明书1份。

目录

第一章 概 论 ............................................................................................................. 错误！未定义书签。

一、塑料成型模具及其在塑料成型加工中的作用 ................................................. 错误！未定义书签。 二、成型模具课程设计目的 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 第二章 模具结构形式及注塑机确定 ............................................................................. 错误！未定义书签。

一、塑件成型工艺性分析 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 二、拟定模具的结构形式和初选注射机 ................................................................. 错误！未定义书签。 第三章 成型零件设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。 一、成型零件的结构设计 ......................................................................................... 错误！未定义书签。

二、成型零件钢材的选用 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 三、成型零件工作尺寸的计算 ................................................................................. 错误！未定义书签。 四、凹模侧壁厚度与动模垫板厚度的计算 ............................................................. 错误！未定义书签。 第四章 浇注系统设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。

一、主流道的设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。 二、分流道的设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。 三、浇口的设计 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 四、校核主流道的剪切速率 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 五、冷料穴的设计及计算 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 第五章 脱模机构设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。

一、脱模力的计算 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。 二、推出方式的确定 ................................................................................................. 错误！未定义书签。 第六章 模架的确定和选用 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

一、模架的确定 ......................................................................................................... 错误！未定义书签。 二、模架各尺寸的校核 ............................................................................................. 错误！未定义书签。 第七章 合模导向机构设计 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

一、导向机构的总体设计 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 第八章 排气系统设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。

一、排气槽的设计 ..................................................................................................... 错误！未定义书签。 第九章 温度调节系统设计 ............................................................................................. 错误！未定义书签。

一、冷却系统 ............................................................................................................. 错误！未定义书签。 设计小结 ............................................................................................................................. 错误！未定义书签。 参考文献 ............................................................................................................................. 错误！未定义书签。

第一章 概 论

一、塑料成型模具及其在塑料成型加工中的作用

材料只有通过成型才能成为具有使用价值的各种制品，75％以上的金属制品(含半成品)，95％以上的塑料制品是通过模具(包括压延辊筒)来成型的。

模具是工业生产的重要工艺装备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，如金属制品成型的压铸模、锻压模、浇铸模，非金属制品成型的玻璃模、陶瓷模、塑料模等。每种材料成型模具按成型方法不同又分为若干种类型。

采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低等一系列优点，模具成型已成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。

一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品开发和老产品更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。我国为了优先发展模具工业，制订了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。

对塑料模具的全面要求是：能高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品。 模具使用时要求高效率、自动化、操作简便，因而当塑件的批量较大时，应尽量减少合模和取制件过程中的手工操作，为此常采用自动脱模、自动侧抽芯等高效率自动化的模具，在全自动生产时还要保证制品脱出时能自动坠落或能用机械手取出。

模具制造要求模具零件的加工工艺性能好，选材合理，制造容易，成本低廉。除简易模具外一般来说制模费用是十分昂贵的，一副优良的注塑模具可生产百万件以上的制品，压制模具一般也能生产制品约25万件。因此当塑件批量不大时，分摊在每一个塑件上的模具费会很高，这时应尽可能地采用简单、合理、价廉的模具。

应特别强调塑料制品质量与模具之间的关系，模具的形状、尺寸精度、表面粗糙度、分型面位置、脱模方式对塑件的尺寸精度、形位精度、外观质量影响很大。模具的控温方式、进浇点、排气槽位置等对塑件的结晶、取向等凝聚态结构及由它们决定的物理力学性能、残余内应力、光学、电学性能，以及气泡、凹陷、烧焦、冷疤、银纹等各种制品缺陷有重要关系。

塑料制品生产中先进合理的成型工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的重要因素。塑料模具对实现塑料成型工艺要求和塑件使用要求起着十分重要的作用。任何塑件的

生产和更新换代都是以模具的制造和更新为前提的，由于目前工业和民用塑件的产量猛增，质量要求越来越高，因而导致了塑料模具研究、设计和制造技术的迅猛发展。

二、成型模具课程设计目的

1、通过设计实践，逐步树立正确的设计思想，基本掌握塑料模具设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力。

2、通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行塑料模具设计全面的基本技能训练。

3、综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理等先修课程的知识，分析解决塑料模具设计问题。

第二章 模具结构形式及注塑机确定

一、塑件成型工艺性分析

1、塑件的分析

这次课程设计的题目是塑料仪表盖的模具设计，塑料仪表盖的模型如图2-1所示。所用材料是HDPE。

图2-1 塑料仪表盖

（1）外形尺寸： 该塑件壁厚为2.5mm,塑件最大的投影面积的尺寸为100mm³100mm，塑件高度为50mm，所用材料为HDPE，是热塑性塑料，适合于注射成型。 （2）精度等级： 塑件每个尺寸的公差不一样，任务书中已给定部分尺寸公差，,据参考文献[1]表2-1-2，未注公差的尺寸取公差为MT7。

（3）脱模斜度： HDPE为软质塑料，收缩率为1.5%～3.0%，据参考文献[1]表2-2-1，选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1°。

2、HDPE工程塑料的性能分析

HDPE是一种由乙烯共聚生成的热塑性聚烯烃。高密度聚乙烯通常使用Ziegler-Natta聚合法制造，其特点是分子链上没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度。该过程在管式或釜式低压反应器中以乙烯为原料，用氧或有机过氧化物为引发剂引发聚合反应。

高密度聚乙烯为是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂。原态HDPE的外表呈乳白色，

在微薄截面呈一定程度的半透明状。HDPE为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔融温度约为140℃，分解温度约为300℃。相对密度为0.94～0.97。HDPE一般具有的分子量范围是40000～300000，较高的分子量导致聚合物粘度增大，不过粘度所用的温度和剪切速率有关。

HDPE具有良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，还具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性也较好。它还具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。其性能指标如表2-1。

表2-1 HDPE的性能指标

3、HDPE的注射成型过程及工艺参数

（1）注射成型过程

挑选色泽、粒度、均匀度较好的HDPE原料，由于HDPE吸水性小，故成型前不需要干燥。成型前也不需要预热，直接在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔内冷却成型，其过程可分为塑化、充模、保压和冷却四个阶段。

（2）注射工艺参数

由参考文献[3]中内容，可查得HDPE的注射工艺参数，如表2-2。

表2-2 HDPE的注射工艺参数

二、拟定模具的结构形式和初选注射机

1、分型面位置的确定

分开模具取出塑件的面，通常称为分型面。分型面的选择应注意以下几点： （1）分型面应选在塑件的最大截面处。

（2）不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的，更应注意分型面对外观的影响。

（3）有利于保证塑件的精度要求。

（4）有利于模具加工，特别是型腔的加工。 （5）有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。

（6）便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边（有的塑件需要定模推出的例外）。

（7）尽量减少塑件在合模平面上的投影面积，以减少所需锁模力。 （8）便于嵌件的安装。

（9）长型芯应置于开模方向。

通过对塑件结构形式的分析，其不需要安装嵌件，不需要侧向抽芯，精度要求一般，故把分型面选在端盖截面积最大且有利于开模取出塑件的底平面上，如图2-2。

图2-2 分型面的选择

2、型腔数量和排位方式的确定

该塑件的精度要求一般，塑件尺寸为100mm³100mm³50mm，壁厚较薄，所需的型腔深度较深，且没有产量要求，故为保证壁厚均匀性和制品质量，采用一模一腔的结构形式， 这样也便于模具的制造与加工，而从而降低模具制造费用，由于采用一模一腔的结构形式，故型腔摆放在模具的中央。

3、模具结构形式的初步确定

由以上分析可知，本模具为一模一腔，根据塑件结构形状，浇注系统设计时，可用点浇口或者侧浇口，但是考虑到制品的高度为50mm，属于深腔塑件，应用侧浇口不利于排

气或者会出现充模不满现象。所以采用点浇口，开设在塑件顶盖上面，不影响制品美观度。因为HDPE收缩大，冷却时间长，故浇注系统应尽快保证充型，加快进料速度，于是开设对称的2个点浇口，同时进料。因此定模部分需要设置分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支承板、推板、推件板等。

4、注射机型号的确定

（1）注射量的计算 通过计算可得，塑件的体积 塑件的质量m塑=

ρ式中，ρ根据表2-1取0.95

=51.797cm³

=51.797³0.95=49.2g

（2）浇注系统凝料体积的初步估算

由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2倍～1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为：

（3）选择注射机

根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为³，而

=

=67.336 cm

=1.3

=1.3³51.797=67.336 cm³

/0.8=67.336/0.8=84.170 cm³。根据以上的计算，初步选择公称注射量为100 cm

³，注射机型号为SZ-100/80卧式注射机，其主要技术参数如表2-3。

表2-3 注射机主要技术参数

（4）注射机的相关参数的校核

①注射压力校核。由表2-2 HDPE的注射工艺参数可知，HDPE所需注射压力为70MPa～100 MPa，取HDPE的注射压力注射压力安全系数

=1.25～1.4,取

=100MPa，该注射机的公称注射压力

=170MPa，

=1.3，则：

=1.3³100=130MPa＜，所以，注射机注射压力合格。

=（100²-15²-4³10²）π/4=7363mm²,

②锁模力校核。塑件在分型面上的投影面积浇注系统在分型面上的投影面积每一个塑件在分型面上的投影面积

，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积，按的0.2倍～0.5倍计算。由于本设计的流道较为简单，

。

凝料少，因此流道凝料的投影面积可以适当取小些，按

塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积为：

=1.2

模具型腔内的胀型力：

=

=8836³30=265.07kN

=8836mm²

式中，是型腔的平均计算压力值。是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%～40%，大致范围为25MPa～40MPa。对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。HDPE由于分子量较高，黏度比一般的PE增大了，故取

由表2-3可知该注射机的公称锁模力取较大值，=1.2，则取1.2

=30MPa。

=1.1～1.2，这里

=800kN，锁模力安全系数为

=1.2³265.07=318.08kN＜，所以注射机锁模力满足要求。

对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。

第三章 成型零件设计

一、成型零件的结构设计

模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。成型零件包括凹模、型芯、镶件、成型杠和成型环等。成型过程中成型零件受到塑料熔体的高压作用，料流的冲刷，脱模时与塑件间发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状、较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工工艺性，具有足够的强度、刚度和表面硬度。

1、凹模的结构设计

凹模是成型制品的外表面的成型零件。凹模结构可分为整体式、整体嵌入式、组合式 和镶拼式四种。因为采用的是一模一腔结构，塑件的外形尺寸适中，故本设计采用整体嵌入式凹模，方便加工，同时保证型腔沿主分型面分开的两半在合模时的对中性。结构如图3-1所示。

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图3-1 凹模

2、凸模的结构设计（型芯）

凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。本设计采用整体式型芯，具体结构如图3-2所示。因为塑件的包紧力较大，所以设在动模部分。

图3-2 凸模

二、成型零件钢材的选用

根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性和良好的抗疲劳性，同时考虑它的机加工特性和抛光性能，查参考文献[2]表9-1、表9-2、表9-3可得，本设计的嵌入式凹模的钢材选用P20。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时要与塑件发生较大的摩擦力，磨损较为严重，故凸模的钢材选用P20，并进行渗氮处理。

三、成型零件工作尺寸的计算

一般情况下，收缩率的波动、模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要原因。而收缩率的波动引起的塑件尺寸误差随塑件尺寸的增大而增大。因此生产大型零件时，若单靠提高模具制造精度等级来提高塑件精度是比较困难和不经济的，应稳定成

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型工艺条件和选择收缩率波动较小的塑料。生产小型塑件是，模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要因素，因此，应提高模具精度等级和减少磨损。

所以可以根据平均尺寸法来设计成型零件的尺寸，按照相应公式，参考文献[2]中的式（2-26）至式（2-30）来计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。

1、凹模径向尺寸的计算

塑件外部径向尺寸的转换

=

mm=

mm，相应的塑件制造公差mm，相应的塑件制造公差

=0.3mm；

=0.4mm。

=92±0.2mm=

则型腔径向的平均尺寸计算公式为：

=

=式中，其平均收缩率

是塑件的平均收缩率，查表2-1可知，HDPE的收缩率为1.5%～3.0%，所以=2.25%=0.0225。；

。 于是可得

= =

= =

mm mm

=

=

、

的长度：

=

=

、

是修正系数，查参考文献[2]表2-10

可得，

是塑件上相应尺寸的制造公差，对于中小型塑件取

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2、凹模深度尺寸的计算

塑件高度方向尺寸的换算： 塑件高度的最大尺寸

=

mm=

mm，相应的塑件制造公差

=0.2mm；

塑件底部凸缘的基本尺寸为2.5mm，未注公差，属B类尺寸按MT7级计算，查参考文献[1]表2-1-1，可得其最大尺寸

0.58mm。

= =

= =式中，

mm

是修正系数，查参考文献[2]表2-10可得，

。

mm

=

=

=

=

=

mm=

mm

，相应的塑件制造公差

3、型芯径向尺寸的计算

塑件内部径向尺寸的换算：==0.25mm。

=

mm

。

=

=

mm=

mm

，相应的塑件制造公差

=

式中，是修正系数，查参考文献[2]表2-10可得，

4、型芯高度尺寸的计算

塑件内腔高度尺寸换算：=0.2mm；

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=mm=mm

，相应的塑件制造公差

===

=mm

。

式中，是修正系数，查参考文献[2]表2-10可得，

5、φ15、φ10型芯径向尺寸的计算

φ15、φ10自有公差按MT7查参考文献[1]表2-1-1，得：需要转换，因此得

=

、

==

。

=

、

，不

=

=

mm

=

=

=mm

6、成型孔的高度的计算

φ15、4φ10的成型芯与凹模相碰穿，所以高度应取正公差，以利于修模，取为：

mm。

7、成型孔间距的计算

成型孔间距为

50±0.05mm

±

/2 = (1+0.0225) ³50±0.008=51.125±0.008=

mm

那么，塑件凹模嵌件与型芯的成型尺寸标注分别如图3-3、图3-4。

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图3-3 凹模尺寸

图3-4 凸模尺寸

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四、凹模侧壁厚度与动模垫板厚度的计算

1、凹模侧壁厚度的计算

凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据参考文献[4]中的式

（4-4-13），可得整体式圆筒壁的刚度计算公式：

式中，p是型腔压力（MPa），取P=30MPa；E是材料弹性模量，取2.1³响变形的最大尺寸，取h=50mm；

MPa；h是影

是模具刚度计算许用变形量，查参考文献[4]表4-4-13，根据注射塑料品种和塑件

=25。而

，W应是影响变形的最大尺寸，

精度等级，可得取W=50mm。

=25

=0.35³

µm=20.38µm=0.020mm

µ

m

所以，mm=40.61mm

分析由塑件尺寸计算得来的凹模尺寸可知，凹模的壁厚采用40.61mm的情况下，凹模尺寸会显得太大，于是凹模嵌件初定单边厚选30mm。由于壁厚小于计算值40.61mm的要求，所以凹模嵌件可以采用预应力的形式压入模板中，由模板和型腔共同来承受型腔压力，这样既满足了要求也可以节省模具材料。

根据凹模、凸模的相关尺寸，初步估算模板平面尺寸选用250mm³250mm，它比型腔的尺寸大得多，所以应该可以满足强度和刚度要求。

2、支承板（动模垫板）厚度的计算

支承板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，而模架选用的尺寸是250mm³250mm，查参考文献[2]表7-4可知，垫块之间的跨度大约为：

L=W-2W2=(250-2×50)mm=150mm

那么，根据型芯对支承板的压力，来计算得到支承板的厚度。有公式如下，

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厚度：

计算如下：

式中，是模具刚度计算许用变形量。

mm

L是两个垫块之间的距离，约150mm，是支承板的长度，取250mm。A是型芯投影到支承板上的面积，A=

³

。E是材料弹性模量，取2.1

MPa。经计算可得，T=40.28mm。

而支承板按照模架标准250mm³250mm取厚度的话，应该是35mm，小于40.28mm，

不符合要求。

若采用250mm³300mm的模架，则——支承板的长度变为300mm，再经过计算可得到T=37.91mm，仍然大于支承板的标准厚度。那么，可采用支承柱的形式来增加支承板的刚度。为了节省资源并能起到同样的支承效果，可以采用两根直径为40mm的推板导柱，且布置在支承板中间位置，来增加支承板的刚度。

那么支承板的厚度就变为：

0.396³37.91=15.04mm，这样就符合刚度要求了。

第四章 浇注系统设计

一、主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状一般为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直径影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。

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1、主流道尺寸

（1）主流道的长度

主流道长度一般由模具结构决定，由第三章可知本设计选用250mm³300mm的模架，按照标准此模架的定模板厚度为35mm，那么本次设计中初取算。

（2）主流道小端直径

小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm，查表2-3 注射机主要技术参数可得注射机喷嘴尺寸4mm，那么取d=4+0.5=4.5mm。

（3）主流道大端直径 大端直径

D=d+2

，式中

为主流道锥角，一般在2°～4°范围内选

=30mm的主流道长度进行计

取，黏度大的塑料可选取较大值。故本设计采用4°的主流道锥角。则大端直径D=6.6mm。

（4）主流道球面半径

SR=注射机喷嘴球头半径+（1～2）mm=10+2=12mm。 （5）球面的配合高度

一般情况下，取球面配合高度h=3mm。

2、主流道的凝料体积

=30×

=734.1mm³

3、主流道的当量半径

4、主流道浇口套的形式

主流道小端入口与注射机喷嘴反复接触，容易碰撞而磨损，对材料的要求较为严格，故采用主流道衬套，亦浇口套。浇口套有两种形式，一种为整体式，即主流道衬套与定位圈设计成一个整体；另一种是将主流道衬套与定位圈分开设计。本设计选用主流道衬套与定位圈分开的形式，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计中的浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC～55HRC。浇口套的结构设计如图4-1所示。

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图4-1 主流道浇口套的结构形式

二、分流道的设计

1、分流道的布置形式

为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，分流道应该简短些，不能过长或者有太多的曲折。据第二章设计说明中提到，采用2个点浇口同时浇注的方式，故分流道应是对称分布的。分流道的布置形式，从主流道流进来的熔体经过2条对称的水平布置的分流道，再经过2条对称的垂直的圆锥形流道到达点浇口，从而进入型腔内成型。

2、分流道的长度设计

根据型腔的尺寸大小与塑件的结构，而且分流道的长度要适中，故2个点浇口之间的距离初设定为80mm，也就是说2条垂直的圆锥形分流道之间的距离为80mm。考虑到要设计分流道冷料井，所以2条水平的分流道的长度总和应大于80mm，初取100mm。

平衡式的分流道结构如图4-2所示。

图4-2 分流道布置形式

3、分流道的当量直径计算

据参考文献[2]可知，对于壁厚在3mm以下，质量小于200g的塑件，一般采用下面的经验公式确定分流道的当量直径。

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式中， D——分流道直径（mm）； m——塑件的质量（g）； L——分流道的长度（mm）。

流过一级分流道塑料的质量 m=ρ³

=0.95

³

=24.6g＜200g

本塑件的壁厚为2.5mm＜3mm；一级分流道的长度为50mm。 所以，D=3.6mm。查参考文献[2]表2-4，可知D=3.6mm符合要求。

4、分流道的截面形状设计

分流道常见断面形状有圆形、正六边形、梯形、U形、半圆形、矩形等数种，希望选取易于加工，且在流道长度和流道体积相同的情况下流动阻力和热量损失都最小的断面形状。经过比较，初选用梯形断面作为一级分流道的截面形状，由于这种流道只切削加工再一个模板上，节省机械加工费用，且热量损失和阻力损伤均不太大，为最常用形式。

为了方便凝料脱出，定模底板与定模板上的二级分流道宜采用圆锥状的分流道，其圆锥角α’的取值通常为2°～4°，如图4-2所示。

5、分流道的截面尺寸计算

（1）一级分流道的截面尺寸

根据计算可得出主流道大端尺寸D略大于分流道底边B（长边）尺寸，梯形分流道的侧面斜角α常取5°～10°，梯形高度H与梯形底边取值范围大致是：

H=

（

）B（mm）

设梯形分流道的上底宽度B=4mm，梯形的高度取

H=B=3mm，设下底宽度为b，那么梯形的面积应满足下面的关系式：

代值计算得b=3.1mm，考虑到梯形底部圆弧过渡，取b=3mm。通过计算可得到梯形斜度 α=9.4°，基本符合要求。

（2）二级分流道的截面尺寸

根据一级分流道的尺寸，二级圆锥形分流道的大端圆的直径取3mm，圆锥角取2°。而根据所选模架的标准，和凹模的尺寸，圆锥状分流道的长度取18mm。那么经过计算可得到圆锥状流道的小端圆的直径为2.3mm。

6、分流道的凝料体积计算

（1）一级分流道的凝料体积

一级分流道的长度为

=50³2=100mm。 一级分流道的面积为

=10.5mm²

所以其凝料体积为

=100³10.5=1050mm³ （2）二级分流道的凝料体积

二级分流道的形状为圆锥状，根据体积计算公式可得其凝料体积

（3）分流道总体积 分流道总体积

=1271.79mm³1.27cm³

mm³

7、分流道熔体的剪切速率的校核

（1）确定注射时间：查参考文献[2]表2-3，按照公称注射量100cm³，可取注射时间t=1.5s。

（2）计算单边分流道体积流量：(3)由参考文献[2]中（式2-2）代入值可计算得，

可知道剪切速率的计算公式，

= 3.17³10³/s。

分流道的最佳剪切速率范围：5³10²/s～ 5³10³/s，该分流道的剪切速率处于其中，满足要求，所以分流道内熔体的剪切速率合格。

8、分流道的表面粗糙度和脱模斜度

分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra 1.25μm～2.5μm即可，本设计取Ra1.6μm。分流道的脱模斜度一般为5°～10°之间，通过上述计算可知脱模斜度为9.4°，脱模斜度足够，满足要求。

三、浇口的设计

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分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。本设计浇口采用点浇口。浇口具体尺寸一般根据经验

确定，取其下限值，然后在试模式逐步修正。

1、点浇口尺寸的确定

查参考文献[2]表2-5，由经验公式式中，d——点浇口直径（mm）； n——系数，此处取0.5；

k——因塑件壁厚而变化的系数，k=0.206

A——型腔一侧表面积，经计算可得A=21081mm²

代值可计算得d=1.96mm。浇口直径先取φ1.8mm，高度取1mm。

；

可以得到点浇口的直径。

2、点浇口剪切速率的校核

（1）注射时间初取为t=1.5s； （2）计算浇口的体积流量：

17.27cm³/s

（3）计算浇口的剪切速率：对于点浇口可得其剪切速率公式

代值可计算得

=3.0³

/s，

/s为HDPE的最大剪切速率。所

以，浇口的剪切速率符合要求。

四、校核主流道的剪切速率

上述计算过程中分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积、浇口的体积（因为浇口体积太小，忽略不计），也知道了主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率了。

1、计算主流道的体积流量

2、计算主流道的剪切速率

主流道的剪切速率处于主流道最佳剪切速率5³10²/s～ 5³10³/s之间。所以，主流

道的剪切速率合格。

五、冷料穴的设计及计算

1、主流道冷料穴的设计

主流道冷料穴设计位于主流道正对面的凹模板上，且无需设置拉料杆，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入分流道和型腔而影响制品的表面质量。主流道冷料井的形式采用半球形，球半径为4mm。

2、分流道冷料穴的设计

当分流道较长时，将分流道端部沿料流前进方向延长作为分流道的冷料穴，以贮存前锋冷料。

第五章 脱模机构设计

一、脱模力的计算

本塑件的结构简单，为圆筒形塑件，可采用推件板推出、或者推杆推出、或者推件板与推杆的共同作用推出等方式，根据脱模力计算来决定。

1、脱模力的计算

（1）φ89主型芯脱模力 因为λ=

==17.8＞10，所以此处视为薄壁圆筒塑件。据参考文献[2]可知，要按

照有脱模斜度薄壁圆筒塑件的脱模力计算：

——脱模系数，即在唾骂温度下塑件与型芯表面之间的静摩擦因数，它受高分子熔体经高

压在钢表面固化中黏附的影响； α——塑料的线膨胀系数；

E—— 在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量；

——塑料的软化温度；

——脱模时塑件温度； t——塑件的壁厚； h——型芯脱模方向的高度。

查参考文献[2]表2-12，塑件材料为HDPE，可得： E=0

.9K=

所以，

MPa；；

℃；

；α=12；t=2.5mm；h=48mm。

, β

为脱模斜度1。于是，K=0.95。

=738.72N

对于不通孔的壳形塑件脱模时，还需要克服大气压力造成的阻力，其值为：

式中，

——型芯端面面积。

+

=738.72+0.1³π³46²=1403.14N

故主型芯的总脱模力（2）4-φ10小型芯脱模力 因为λ=

==2＜10，所以是厚壁圆筒的受力状态，厚壁圆筒塑件脱模力的通用计算式为：

式中，——塑件脱模温度下塑料的泊松比，查参考文献[2]表2-12可知， 所以，

,81.08N

。

；

（3）φ15小型芯的脱模力 因为λ=

=

=3＜10，所以此处也是厚壁圆筒的受力状态，通过计算可得脱模力为：

(4)总脱模力

F=

1507.17N

N

二、推出方式的确定

1、推杆推出

推杆推出是一种常用的塑件推出方式，常用的推杆形式有圆形、矩形和阶梯型，本设

计采用圆形推杆。由总脱模力力F=1507.17N可知，此塑件的推出力较小。故设10mm的圆推杆设置有4根，那么推出面积为：

=314mm²

推杆推出时作用在制件表面的应力为：

查参考文献[2]表2-12，取HDPE的许用应力[

]=10MPa。可见，

＜[

]。

通过上述计算，采用均布的4根φ10mm的推杆即可推出制品，不需要设置推件板。

2、推杆位置的布置

(1)推出机构的设计原则如下： ①推出机构应尽量设置在动模一侧； ②保证塑件不因推出而变形损害； ③机构简单，动作可靠； ④保证良好的塑件外观； ⑤合模时精确定位。

由于塑件顶面有5个孔，其中4个小孔是均匀分布在一个直径为50mm的圆周上，根据塑件的整体尺寸，为了使脱模力比较均匀，初步设定4个推杆均匀分布在一个直径为70mm的圆周上。

推杆直径与凸模上的推杆孔采用H8/f8间隙配合，推杆安入模具后，其端面应与型腔的底面平齐，或高于型腔底面0.05mm～0.10mm，推杆和推杆固定板采用单边1mm的间隙。

第六章 模架的确定和选用

一、模架的确定

塑件的最大投影尺寸为100mm³100mm，而由第三章中的内容已经确定了凹模的尺寸，故凹模的最大投影面积为170mm³170mm（型腔尺寸加上壁厚），再考虑导柱，导套及连接螺钉的布置，那么应该选用250mm³250mm（W³L）的模架，同时在上述计算中知道支承板要选用较大尺寸，所以初步决定模架的尺寸为250mm³300mm（W³L），模架为点浇口模架。查参考文献[2]表7-4，可得到模架的其他尺寸，如下：

（1）H4板（定模底板，300mm×300mm、厚35mm）

H4板是模具与注射机连接的固定板，厚度按模架标准取35mm。材料为45钢，热处理方法为调质。定位圈通过2个M6螺钉与其连接；定模底板与浇口套为H7/m6配合。

（2）A板尺寸（定模板，250mm×300mm、厚70mm）

用于安装固定凹模，塑件高度有50mm，考虑到还要安装冷却水道，应有一定的厚度，并有足够的强度，故A板厚度取70mm。定模板的材料为45号钢，热处理方式为调质。定

模板里面的导套孔和导套采用H7/k7配合

（3）B板尺寸（动模板，250mm×300mm、厚30mm）²

用于固定型芯，有一定的厚度和足够的强度，厚度按模架标准取30mm。动模板的材料为45号钢，热处理方式为调质。动模板里面的导套孔和导套采用H7/k6配合。

（4）H2板尺寸（支承板，250mm×300mm、厚35mm）

应该有较高的平行度和硬度。模板的材料为45号钢，热处理方式为淬火。 （5）H5板尺寸（推杆固定板，150mm×300mm、厚15mm） 用于固定推杆、复位杆，并要安装螺钉等。材料为45号钢。 （6）H6板尺寸（推板，150mm×355mm、厚20mm） 推板通过推动推杆来推出制品。材料为45号钢。 （7）C垫块尺寸（48mm×300mm、厚90mm）

其作用是在动模底板与动模垫板之间形成推出机构的动作空间，或者是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装要求。

垫块厚度=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5～10）mm，经过计算，垫块厚度取90mm。

（8）H1板尺寸（动模底板，300mm×300mm，厚25mm） 用于固定动模板、垫块等。

查参考文献[2]表7-2,选用点浇口无推料板模架——DAT型。

二、模架各尺寸的校核

根据所选用的注射机来校核模具设计的尺寸，参考表2-3的内容。

（1）模具平面尺寸300mm×300mm＜320mm×320mm（拉杆间距），校核合格。 （2）模具高度尺寸285mm，170mm＜285mm＜300mm（模具的最小厚度和最大厚度），校核合格。

（3）模具的开模行程S=50+70+50+（5～10）mm=175～180mm＜305mm（移模行程），校核合格。

第七章 合模导向机构设计

一、导向机构的总体设计

导向零件应合理的分布在模具的周围或边缘的部分，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱导套后变形。该模具采用4根导柱和4个直导套。导柱安装在动模板和定模板上，导套安装在定模板上。

为保证分型面有良好的接触，导柱和导套在分型面上应制有承屑槽，使导套的孔口倒角或者圆弧过渡即可。在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损害。动定模板采用合并加工，可保证同轴度要求

1、导柱的设计与选用

（1）安装标准，此模架适用的导柱直径为25mm，四根导柱的安装位置在194mm× 210mm这个矩形的四个顶点上；

（2）该模具采用标准带头导柱，导柱工作部分的表面粗糙度为R=0.4μm；

（3）为使导柱能够顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形的先导部分或者圆弧 过渡；

（4）导柱的安装形式，导柱滑动部分按H7/f7配合；

（5）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，故采用20钢经淬火处理， 硬度为50HRC以上。

2、导套的设计与选用

（1）采用标准带头导套，采用T8A钢；

（2）根据所选导柱的直径，选用的直导套的外径是35mm； （3）导套的端面应倒圆角，利于排气。

（4）导套的滑动部分按H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为R=0.4μm。导套外径与模板 一端采用H7/m7配合，另一端采用H7/k7配合嵌入模板。

3、推板导柱和导套的设计与选用

由第三章中内容可知该模具采用2根直径为40mm的支承柱，那么这2个支承柱可以充当推板导柱的作用，安装在动模底板上，导套按推板导套选择。支承柱采用45号钢，热处理方式是渗氮、淬火，提高表面硬度。

4、复位杆的设计与选用

根据所选模架，其也规定了复位杆的标准。采用4根直径为16mm的复位杆，均匀分布在108mm×194mm这个矩形的四个顶点上。

第八章 排气系统设计

一、排气槽的设计

由于该设计采用一模一腔的结构，塑件的尺寸不是特别大，排气量不是很多。在注射冲模时，由下而上充满型腔，凸模上有4根推杆，可以通过其配合间隙来排出气体。同时，底面的气体会沿着分型面、型芯、和动模之间的间隙向外排出，因此该模具不单独开设排气槽。

第九章 温度调节系统设计

一、冷却系统

1、冷却系统的设计原则：

①尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；

②冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀； ③尽可能使冷却水孔至形腔表面的距离相等； ④浇口处加强冷却⑤应降低进水与出水的温差； ⑥合理选择冷却水道的形式； ⑦合理确定冷却水管接头位置；

⑧冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象；

HDPE注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60℃以下，塑料在注射成型后，必须对模具进行有效地冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。

2、选用冷却介质

HDPE属于流动性较好的材料，其成型温度为200℃，模具温度为30℃～60℃，热变形温度为60℃～82℃。所以模具温度初步选定为50℃，冷却介质为常温水，因为水的热容量大、传热系数大、成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或者内部开设冷却水道，把塑料熔体凝固时所放出的热量带走。冷却水道的开设采用尽量均匀冷却的原则。

3、冷却系统的简略计算

（1）计算塑件在固化时每小时释放的热量Q 一次注射过程中注入模具中的塑料熔体的质量为m，m=代值后计算得，m=0.0509kg。

根据表2-2，因为HDPE的冷却时间较长，故取塑件的冷却时间为40s，注射时间为1.5s，脱模时间为8.5s，则注射周期t=

由此得每小时的注射次数为N=72次 。

所以，每小时注入模具中的塑料熔体的总质量W=mN=3.68kg/h 。 查参考文献[1]表3-9-3，可以直接知道HDPE的单位热流量810kJ/kg之间，故取

=750 kJ/kg 。

= 2760kJ/h

的值的范围在690～

。

那么，塑件单位时间释放的热量

Q=W(2)计算冷却水的体积流量设冷却水道入水口的水温为

，出水口的水温为，则根据公式可得：

式中，c——水的比热容，为4.187kJ/（kg.℃)

代值计算得，

=3.66

(3)确定冷却水路的直径d

为了使冷却水处于稳定的湍流状态，其雷诺系数7mm，所以取d=6mm。

（4）计算冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数h

有公式：h=

，经计算可得d要小于

因为平均水温为23.5℃，查参考文献[1]表3-9-5，可得f=3.09。 经计算，可知水的流速v=2.16m/s。 代值可得，h=16741.9kJ/(m²²h²℃)

（5）计算冷却水通道的导热面积

A

（6）计算模具冷却水管的总长度

L

（7）计算冷却水路的根数n

根据所选模架，设每条水路的长度约为l=250mm，则冷却水路的根数为：

（根）

由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然不合适，本设计采用动定模各一条冷却水路对型芯和凹模嵌件进行冷却，凹模和型芯的冷却水道开设分别如图9-1、图9-2。

图9-1 凹模的冷却水道

图9-2 型芯的冷却水道

设计小结

通过这段时间对塑料外壳的模具设计，我对注射模具的设计方法与流程有了一个比较全面的了解。在这个不断设计、学习、计算、画图、再设计、再画图的反复操作过程中，我学习到了一种科学的设计思路和方法，这对我以后的工作态度和方法将产生积极的影响。 在设计的过程中，我遇到了很多问题，尤其是在流道和浇口的设计上费了很大的功夫，走了很多的弯路。而在装配图的绘制中，也遇到了前面设计上的很多结构或者尺寸错误，对图中细节的反复修改较多。经过长时间的思考和查阅资料，才成功地完成了本套模具的设计过程。

塑料工业是当今世界上发展最快的工业门类之一，对于我国而言，它在整个国民经济的各个部门中发挥了越来越大的作用。我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的，但是通过这次塑料模具课程设计，我们更多地了解了有关塑料模具设计的基本知识，更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法，对塑料模具有了一个更高的认识。这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助。

塑料制品成型及模具的设计是个专业性、实践性很强的技术，想要做得好、设计得好，还得在今后的生产实践中逐步积累知识和经验。因此，我们要学好这项技术光靠书本上的这点知识还是不够的，我们更多的还应该将理论与实际结合起来，这还需要我们到工厂里去实践。

参考文献

1．申开智主编 . 塑料成型模具 . 北京：中国轻工业出版社，2006

2．伍先明、张荣、杨军、周志冰主编 . 塑料模具设计指导(第2版) . 北京：国防工业出版社，2010 3．刘俊、徐四红、冯新红主编 . 毕业设计指导与案例分析(机械类) . 2009 4. 伍先明等编著 . 塑料模具设计指导 . 北京：国防工业出版社，2006 5．李建军、李德群主编 . 模具设计基础及模具CAD .2005