车用防滑手机座置物盒注塑模具结构设计论文

学 号：XXXXXXXXX

题目类型： 设计

(设计、论文、报告)

桂林理工大学

GUILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

本科毕业设计(论文)

题目：车用防滑手机座置物盒注塑模具结构设计

学 院： 机械与控制工程学院 专业(方向)： 机械设计及其自动化（模具） 班 级： 机械10-2 学 生： XXX 指导教师： XXX

2014 年 5 月 25 日

本人有全套的三维图和二维总装配图和零件图需要的朋友请联系QQ：624407952

摘 要

本次设计的主要工作是设计一套生产车用防滑手机座置物盒的注塑模，要求设计的模具在保证塑件质量的前提下，还能实现大批量自动化的生产。该置物盒材料为热塑性聚氨酯（TPU），用此材料生产的置物盒具有超耐磨，耐曲折，防滑等特点。

设计的过程按照模具设计的一般步骤进行，先对塑件的工艺进行分析，运用Pro/E软件完成三维注塑件的设计与绘制并测算出塑件的体积,根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数目，并根据塑件体积量初选注射机，从塑件形状和表面考虑选取分型面。塑件的形状有倒扣且在分型面之下，由于热塑性聚氨酯材料弹性良好，为了简单模具结构, 降低成本, 方便加工，因此可以采用二次顶出、强制脱模结构，操作方便灵活，且易于机械加工，能实现自动化脱模，符合大批量生产需要。将模具各部分设计过程中获得的参数进行校核，确定后整合，绘制二维总装图和相关零部件的零件图。最后，利用Pro/E及其注塑模设计专家（EMX4.1）设计车用防滑手机座置物盒模具，并阐述了利用Pro/E进行塑料模具设计的高效率特性。

本设计是对我们所学课程知识进行一次综合性复习与应用的训练。在本课题的制做过程中，我们锻炼使用Proe 、AUTOCAD等CAD绘图软件的技巧。通过塑件、塑料模具结构设计、查阅有关标准和规范以及编写设计计算说明书，使学生掌握一般塑料模的设计计算具的设计内容、步骤和方法，并在设计构思和设计技能等方面得到相应的锻炼，为未来工作适应期奠定坚实的基础。

关键词：注塑模具；二次顶出；强制脱模；Proe/E；EMX4.1

The injection mould design of anti-skid mobile

phone seat Glove box for car

Student: WU Chun-feng Teacher：TANG Lu-wen ZHOU Kai-hong

Abstract：The main work of this design is to design a production vehicle anti-skid mobile phone seat box of injection mold，Mold design requirements in order to ensure the quality of plastic parts, but also to achieve high-volume automated production. The case material is a thermoplastic polyurethane(TPU),a super wear resistant, resistant to twists and turns incase this material production, anti-skid characteristics.

The design process is carried out according to the general process of die design, First The process of plastic parts for analysis, Use Pro/e software to design and draw the three-dimensional injection molded parts and calculate the plastic volume, according to the geometry and produce plastic itself determine the number of cavity volume, and according to the volume of primary plastic injection machine, from the plastic surface shape and choose the parting surface. The shape of plastic parts with upside down and below the parting surface, because the thermoplastic elastic polyurethane material, in order to simple die structure, lower cost, convenient processing. Taking into account the core and cavity of the amount of wear and machining difficulty, using the whole embedded type and combination type core. The parameters obtained from each part of the die design process is checked to determine, after integration, 2D assembly drawing and parts drawing. Finally, using Pro/E and its mould design expert (EMX4.1) anti-skid mobile phone seat box mold design of car, and discusses the efficiency of injection mould design using Pro/E.

This designis a comprehensive review and the application of the curriculum knowledge training. In the manufacturing process of this subject, we exercise using Proe, AUTOCAD CAD drawing software skills. Through the plastic parts, plastic mold structure design, access to the relevant standards and norms and write a design calculation manual calculation, design content, design to enable students to master the general steps and methods of plastic mold, and obtain the corresponding exercises in the design concept and design skills, stage and lay a solid foundation for future work.

Key word；sInjection mould；Two - stage ejection；Forced demolding；Proe/E；EMX4.1

目 次

摘要 ...................................................................................................................................... 1 Abstract ............................................................................................................................... II

1 绪论 ................................................................................................................................ 1

1.1 引言 ....................................................................................................................... 1

1.2 塑料的分类 ........................................................................................................... 1

1.2.1 按照合成树脂的分子结构及受热的行为分类 ......................................... 1

1.2.2 按塑料的应用范围分类 ............................................................................ 1

1.3 塑料的常用成型方法 ........................................................................................... 2

1.4 塑料模具在加工工业中的地位 ........................................................................... 2

1.5 塑料模具的发展趋势 ........................................................................................... 3

1.6 选题意义及目的 ................................................................................................... 3

2 塑件成型工艺分析 ......................................................................................................... 5

2.1 设计任务书 ........................................................................................................... 5

2.2 塑件的原材料分析 .............................................................................................. 5

2.3 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 .......................................................... 6

2.3.1 尺寸精度分析 ........................................................................................... 6

2.3.2 表质量分析 ............................................................................................... 7

2.3.3 塑件结构工艺性分析 ............................................................................... 7

2.3.4 塑件的生产批量 ....................................................................................... 8

2.3.5 初选注射机 ............................................................................................... 8

2.4 本章小结 ............................................................................................................. 10

3 分型面的选择及浇注系统的设计 ............................................................................... 11

3.1 分型面的选择 ...................................................................................................... 11

3.2 浇注系统的设计 ................................................................................................ 11

3.2.1 主流道的设计 ......................................................................................... 12

3.2.2 分流道设计 ............................................................................................. 13

3.2.3 浇口的选择 ............................................................................................. 15

3.2.4 冷料穴的设计 ......................................................................................... 15

3.2.5 排气结构的设计 ..................................................................................... 15

3.3 本章小结 ............................................................................................................. 16

4 模具设计方案论证 ....................................................................................................... 17

4.1 模具的总体结构方案设计 .................................................................................. 17

4.1.1 模具结构的确定 ....................................................................................... 17

4.1.2 二次顶出强制脱模的工作原理 ................................................................ 17

4.1.3 二次顶出强制脱模的模具结构的确定 .................................................... 17

4.2 型腔的布置 .......................................................................................................... 18

4.3 成型零件的结构确定 .......................................................................................... 19

4.3.1 型腔、型芯设计 ....................................................................................... 19

4.3.2 模仁（凸凹镶块）的固定 ........................................................................ 19

4.3.3 芯镶件的设计 ........................................................................................... 20

4.4 导向定位机构设计 .............................................................................................. 20

4.5 推出机构设计 ...................................................................................................... 21

4.6 冷却系统的设计 .................................................................................................. 21

4.7 本章小结 .............................................................................................................. 22

5 主要零部件的设计计算 ................................................................................................. 1

5.1 成型零件的成型尺寸计算 .................................................................................... 1

5.2 成型零件材料的选择 ............................................................................................ 2

5.3 模架的选择 ............................................................................................................ 2

5.3.1 确定模架的类型 ......................................................................................... 2

5.3.2 模架的尺寸确定 ......................................................................................... 2

5.4 本章小结 ................................................................................................................ 5

6 注射机有关参数的校核 ................................................................................................. 6

6.1 模具闭合高度的校核 ............................................................................................ 6

6.2 模具安装部分的检核 ............................................................................................ 6

6.3 开模行程的校核 .................................................................................................... 6

6.4 锁模力的校核 ........................................................................................................ 6

6.5 注射压力的校核 .................................................................................................... 7

6.6 最大注塑量的校核 ................................................................................................ 7

6.7 本章小结 ............................................................................................................... 7

7 基于Pro/E、MEX模具设计 ........................................................................................ 1

7.1 Pro/E对塑件的成型性分析 .................................................................................. 1

7.1.1 Pro/E拔模检测工具分析 ........................................................................... 1

7.2 Pro/E模具设计 ...................................................................................................... 3

7.2.1 Pro/E分模设计 ........................................................................................... 3

7.2.2 MEX4.1模架三维设计 .............................................................................. 4

8 结论 ................................................................................................................................ 1

致谢 ...................................................................................................................................... 2

参考文献 .............................................................................................................................. 3

1 论绪

1.1 引言

现在，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美观和手感的要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必然要求塑料模具随之发展。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行，发展迅速，因此，塑料模具也快速发展。

本次毕业设计的主要任务是车用防滑手机座置物盒注塑模具的设计，也就是设计一副注塑模具来生产车用防滑手机座置物盒塑件产品，以实现自动化，提高产量。针对车用防滑手机座置物盒的具体结构设计与分析，设计出合理的模具。通过此次设计，使我对二次顶出、强制脱模模具的设计有了较深刻的认识；同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。

1.2 塑料的分类

塑料的品种很多，从不同角度按照不同原则，其分类的方式也各不相同，常用的塑料分类方法有以下两种。

1.2.1 按照合成树脂的分子结构及受热的行为分类

1)热塑性塑料。这类塑料的合成树脂都是线型或带有支链线型结构的聚合物，因而受热会变软，成为可流动的钻稠液体。在此状态下具有可塑性，可塑制成一定形状的塑件，并可经冷却定型;再次加热后，又可变软塑制成另一形状，如此可以重复利用。热塑性塑料在成型加工过程中，一般只有物理变化，因而其变化过程是可逆的。

2）热固性塑料。这类塑料的合成树脂是带有体型网状结构的聚合物，当加热，温度达到一定程度后，分子呈现网状结构，树脂变成熔融或不溶解的体型结构，形状将会不再变化。如再加热，也不再软化，不再具有可塑性。在这一变化过程中既有物理变化，又有化学变化，因而其变化过程是不可逆的。

1.2.2 按塑料的应用范围分类

l)通用塑料。一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。其中聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛塑料合称五大通用塑料.其他聚烯烃、乙烯基塑料、丙烯酸塑料、氮基塑料等也都属于通用塑料。它们的产量占塑料总产量的一大

半以上，构成了塑料工业的主体。

2)工程塑料。是指那些具有突出的力学性能和耐热性，或具有优异的耐化学试剂、耐溶剂性，或在变化的环境条件下可保持良好绝缘介电性能的塑料。工程塑料一般可作为承载结构件、耐热件、耐腐蚀件、绝缘件等使用。工程塑料的生产批量小，价格较昂贵，用途范围相对狭窄。从广义来说，几乎所有的塑料都可作为工程塑料使用，但实际上目前常用的工程塑料仅包括聚酞胺、聚甲醛、ABS 、聚碳酸醋、聚讽、聚酸亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯等几种。

3) 一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅具有突出的耐高温、自润滑等特殊功用，增强塑料和泡沫塑料具有高强度、高缓冲性等特殊性能，这些塑料都属于特种塑料的范畴。

1.3 塑料的常用成型方法

塑料的常用成型方法有注塑、吹塑、挤塑、压注、压缩、发泡膨胀、热成型等，其中应用最广泛的是注塑、挤塑、压注成型三种。本次设计的模具为注塑模，下面主要介绍注塑成型加工方法。 注塑成型是塑料在注塑机加热料筒中塑化后，由柱塞或螺杆推力作用下进入模具型腔，经过冷却获得制品。此成型加工方法能加工外形复杂、尺寸精确或带嵌件的制品，生产效率高，大多数热塑性塑料和某些热固性塑料（如酚醛塑料）均可用此法进行加工。塑件的注塑成型工艺过程主要包括合模—填充—保压—冷却—脱模等4个阶段。

1.4 塑料模具在加工工业中的地位

塑料成型所用的模具称为塑料成型模，是用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。目前，塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民日常生活的各个领域，因此，对塑料模具生产不断向前发展起着推动作用。

现代塑料成型生产中，决定塑料制件的质量的好坏，先进的成型工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三个重要因素。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。要求塑料模具能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均能满足使用要求的优质制品。从模具使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造角度，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、装配方便。模具是决定最终产品性能、规格、形状机尺寸精度的载体，塑料成型模具是使塑料成型生产过程顺利进行、保证塑料成型制件质量不可缺少的工艺装备，是体现塑料成型设备高效率、高性能和合理先进塑料成型工艺的具体实施者，也是新产品开发的决定

性环节。随着我国经济与国际的接轨和国家经济建设持续稳定的发展，塑料制件的应用快速上升，模具设计与制造和塑料成型的各类企业日益增多，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响日益重要。

1.5 塑料模具的发展趋势

目前为止，我国在塑料模的制造精度、模具标准化程度、制造周期、模具寿命以及塑料成型设备的自动化程度和精度等方面已经有了长足的进步。从塑料成型模具的设计理论、设计实践和制造技术出发，实践与制造大致有以下几个方面的发展趋势。

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

1.6 选题意义及目的

由于塑料具有质量轻、机械强度高、透明度好、导热性小、电绝缘性能好、化学稳定性好、色彩鲜艳、 美观等优点，以及品种多、成型加工容易、原料来源丰富等特点，塑料工业获得了迅速的发展。随着科学的发展，各种产品的更新换代速度越来越快而产品的更新是以新产品的造型 设计和模具的设计、制造与更新为前提的。随着经济的发展，汽车普遍进入了普通家庭，自驾的人越来越多，同时手机的普及和越来越智能化。然而在驾车如何正确放置手机和使用手机，是值得我们探索的。本次设计的车用多功能防滑手机座置物盒在此就很派上用场了，此多功能防滑手机座置物盒PU制作，质地柔软，不伤车，不用粘贴可在车上使用。在车内使用非常方便:可以放置钥匙、眼镜、手机、香烟、硬币等其他一些小东西，以免驾车时震动；当开车时，可以将手机垂直固定在防滑盒内，方便查看地图，垂直放置时可以方便的触摸屏幕。它既是使用品又是装饰品，应该很有市场需求的。

本次毕业设计是对我们所学课程知识进行一次综合性复习与应用的训练。在本课题的制做过程中，我们锻炼使用Proe, AUTOCAD等CAD,CAE绘图软件的技巧。通过塑件、塑料模具结构设计、查阅有关标准和规范以及编写设计计算说明书，使自己

掌握一般塑料模成型工艺分析、分型面及浇注系统的确定、塑料模具设计的方案论证、主要零部件的设计计算具的设计内容、步骤和方法，并在设计构思和设计技能等方面得到相应的锻炼，为未来工作适应期奠定坚实的基础。

2 塑件成型工艺分析

2.1 设计任务书

1）塑料制品名称：车用防滑手机座置物盒 2）塑料原料：热塑性聚氨酯（TPU） 3）生产批量：大批量生产

4) 塑件图：如图1-1所示为车用防滑手机座置物盒二维样图。

图1-1 置物盒二维样图

2.2 塑件的原材料分析

塑件的材料采用聚氨酯(PU), PU的分类: 从加工方法上分, PU可分为浇注型

PU、注射型PU和混炼型PU三种。注射型PU又称热塑性聚氨酯，简称TPU。TPU的分子结构基本上是线形的, 由刚性链段和柔性链段以共价键尾-尾相连构成。刚性链段包括脲基和氨基甲酸酯基链段, 为高熔点链段。脲基或氨基甲酸酯基的高极性使分子间易结晶和形成氢键, 起到类似交联的作用, 故使TPU在较高温度下具有塑性, 在常温下又有高弹性。TPU的柔性链段为聚醚或聚酯链段, 相对分子质量都较大, 在15000以上, 属于低熔点链段, 能赋予TPU以高弹性和低温柔软性。TPU热塑性聚氨酯弹性体系列产品因其分子结构性单纯(仅含C、H、O、N)焚化燃烧时无空气污染，埋于土壤中因受温度及微生物作用3～5年内自然分解，TPU的无毒环保性能是取代PVC制品的发展潮流，而其独特的理化性能更是其它高分子材料所不可比拟的，TPU材料 (包括聚酯型和聚醚型树脂和共混物系列产品)已成为新世纪各行业首选环保材料。其具有其它塑料材料所无法比拟的硬度范围广、强度高、耐磨擦、韧性好、弹性好、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性，同时他具有高防水性透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能。 TPU的成型特性为:

1）TPU材料加工工艺方式多样化，可注塑，挤出，吹膜、热压，吹塑，熔融涂覆，溶于有机溶剂溶液加工等；

2）吸湿性强，加工前必须充分干燥，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥； 3）流动性中等，溢边值为0.04左右；

4）比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短；

5）易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力； 6）由于粘度对温度的依存性较慢，要提高温度控制精度；

7）根据材料的流动性考虑模具结构（不会引起滞留的喷咀、流道、浇口等）； 8）成型后退火处理，恢复原有特性（尤其是未完全塑化的材料）。

2.3 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

2.3.1 尺寸精度分析

由塑件零件图可知。该塑件的尺寸属于未注公差尺寸，又因为塑件采用塑性聚氨酯（TPU），所以该塑件尺寸精度公差等级选用IT5级（GB/T14489-1993），由以上分析可见，该零件的尺寸精度为一般精度，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。塑件壁厚均匀，有利于零件成型，制品的外形尺寸标注单向的负公差，内行尺寸标注单向的正公差。表2-1所列为塑件主要尺寸的公差要求。

表2-1 塑件主要尺寸的公差要求

2.3.2 表质量分析

对该塑件底表面属于放置承受面，要求底表面外观光洁，不允许有成型斑点和熔接痕，Ra为0.4，一般情况下，其他外表面要求光洁，表面粗糙度Ra可以取0.8μm；没有特殊要求的塑件内部表面粗糙度Ra可取3.2μm。

2.3.3 塑件结构工艺性分析

1)从图纸上看，该塑件外形类似四方壳罩，圆角过渡且无尖角存在，壁厚均匀，

且符合最小壁厚要求。

2)塑件型腔较大，但结构前后左右对称。

3)内部底面有分布均匀的防滑加强筋，可增加塑件的强度，减少塑件的变形。 4)塑件两侧都有带有的倒钩的通孔，由于材料弹性好，可以考虑强脱推出机构，使模具结构简单，降低成本。

5)为了塑件顺利脱模，防止因脱模力过大拉伤制件，应设置合理的脱模斜度一般1°～1°30`。

结论：综合上述，该手机座置物盒可采用注射成型加工。

2.3.4 塑件的生产批量

塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。该塑件的生产类型是大批量生产的，因此在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于才有多型腔、高寿命、自动脱模模具，以便降低生成成本。

2.3.5 初选注射机

2.3.5.1 注射机的概述

注射机（又名注塑机）是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。根据注射装置的排列方式分类，可分为卧式、立式、角式和多工位注射成形机。

因为本次注塑成型的塑件要求大批量，自动化生产，考虑到模具的拆装方便性，故选用卧式注射机。 2.3.5.2 计算塑件体积或质量

通过三维造型可获得车用防滑手机座置物盒的体积V=70513.48mm3。热塑性聚氨酯密度为1.25g/cm3,所以塑件的质量为:

wV70513.48×1.25×103=70513.48=88.14g

2.3.5.3 确定型腔数目

因为本设计中采用侧浇口，且塑件大小一般，形状较简单，为了保证一次加工过程中各种参数均衡，利于配合使用，提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产和提高生产效率，采用一模四腔的模具结构，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统排列和模具的平衡。 2.3.5.4 确定注射成型的工艺参数

根据该塑件的结构特点和热塑性聚氨酯的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见表2-2。

表2-2 塑件的注射成型工艺参数

工 艺 参 数 内 容

2.3.5.5 确定模具温度及冷却方式

热塑性聚氨酯为结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般。保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。所以模具通常通过恒温的冷却介质如水来控制，TPU硬度高，结晶度高，模具温度亦高。例如硬度480A，模具温度20～30℃；硬度591A，模具温度30～50℃；硬度355D，模具温度40～65℃。TPU制品模具温度一般在10～60℃。 2.3.5.6 确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量:W=2w+w废料=4×88.14+88.14×20%=370.2g

根据以上注射量的分析以及考虑到凝料、塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选SZY-1000/300型螺杆式注射机。记录SZY-1000/300型螺杆式注射机的主要技术参数，见表2-2。

表2-2 SZY-25/20型注射机的主要技术参数

2.4本章小结

本章主要通过讲解塑件的原材料分析、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析得出结论：该手机置物盒可采用注射成型加工。最后初选注塑机。

3 分型面的选择及浇注系统的设计

3.1 分型面的选择

模具设计的过程中分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型面选择的原则来确定模具的分型面。

塑件脱出方便：尽量使塑件滞留在动模一侧，模具的脱模机构在动模一侧，一般将主型芯装在动模一侧，使塑件的包紧在主型芯上，型腔可以设在定模一侧。其他必须型腔排气顺利，确保塑件质量，无损塑件外观，设备利用合理以及塑件的成型要求来选择分型面。如图所示3-1，方案A的塑件开模后留在定模一侧，塑件不易取出，顶出机构设计复杂;方案B符合分型面选择原则，但分型面处有圆角过渡，会产生影响塑件外观的飞边，且飞边不易清除；方案C不但保证了塑件取出方便，且毛刺飞边的清除也较容易，不影响外观质量。因此选择方案C。

图3-1 主分型面的选择方案

3.2 浇注系统的设计

浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。考虑到塑件的外观要求较高，外表面不允许有成型斑点和熔接痕，以及一模四腔的布置。热塑性聚氨酯对剪切速率较为敏感等因素，浇口采用方便加工整修,凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口，模具采用单分型面结构两板模，模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。浇注系统的设计如图3-2所示。

图3-2 浇注系统

3.2.1 主流道的设计

3.2.1.1 主流道尺寸

主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高硬度，定位圈与浇口套分开设计，如下图3-3所示。

图3-2 主流道的设计

根据SZY-1000/300型注塑机与喷嘴的有关尺寸： 喷嘴前端孔径： d0=Ф4mm 喷嘴前端球面半径： SR0=20mm 定位圈直径： D=250mm

为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，模具主流道与喷嘴的关系：

d=d0+0.5mm

SR0= SR0+(1～2)mm

取主流道的小端直径： d=4.5mm 取主流道的球面半径： SR0=21mm

为了便于将凝料从主流道中拔出，应将主流道设计成圆锥形，其斜度为2℃～6℃，为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R2的圆弧过渡；为了补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计得比模板厚度短0.02mm。

定位圈是安装模具时做定位用的，一般定位圈高出定模板表面5～10mm。 3.2.1.2 流道衬套的形式的确定

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套都是标准件，常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种，下图为有托浇口套，有托浇口套用于配装定位圈。浇口套的规格

有直径为12，16，20等几种。由于注射机的喷嘴半径为20，所以浇口套球面半径为SR021,规格20，如图3-3所示。

图3-3 浇口套

3.2.1.3 流道衬套的固定

因为采用的有托浇口套，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为Φ250mm，内径Φ36mm。具体固定形式如图3-4所示。

图3-4 流道衬套的固定

3.2.2分流道设计

3.2.2.1分流道的布置

在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，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以获得平稳流态的过渡段。因此分

流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。分流道的布置如图3-5所示。

图3-5 分流道的布置

3.2.2.2 分流道的形状及尺寸

考虑到模具的制造难度以及塑件的生产成本，由表3-1经分析本次设计的模具可采用U型截面分流道。

表3-1 不同截面形状分流道的性能比较

查有关经验标格得TPU的分流道推荐直径为6～9mm，取8mm，宽度为5～10mm，深度h=1.25R=5mm，斜角a=5℃～10℃，据此，该模具的分流道设计如图

3-6所示。

图3-6 分流道截面形状

3.2.3 浇口的选择

根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图3-7所示的侧浇口。从塑件外侧进料，容易去除凝料，不会影响塑件的外观。

图3-7 侧浇口

3.2.4 冷料穴的设计

采用带Z形头拉料杆，将其设置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼起开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍做侧向移动便可取出凝料，如图3-8所示。

图3-8 Z形头拉料杆

3.2.5 排气结构的设计

在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进

入模具型腔内，气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。

排气方式有两种：开排气槽排气，利用合模间隙排气。由于车用防滑手机座置物盒注塑模具是小型模具，可直接利用分型间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。

3.3 本章小结

本章主要讲解了分型面的选择及浇注系统的设计，主要内容包括：分型选择、主流道设计、分流道设计、浇口的选择、排气结构的设计。

4 模具设计方案论证

4.1 模具的总体结构方案设计

4.1.1 模具结构的确定

本次要注塑成型的塑件的两边有开槽夹口，夹口两边各有四个圆弧倒扣，出现凸凹结构。为顺利脱模，可考虑侧抽芯结构，脱出开槽夹口，再对塑件脱模。但这样, 增加了模具结构复杂, 使加工制造难度大, 生产周期长。由于热塑性聚氨酯弹性、韧性非常好, 塑件倒扣为圆弧过渡，与顶出方向的夹角小于90°，倒扣凸凹结构在分型面以下，所以可采用二次顶出、强制脱模的的模具结构。这种结构不仅可以生产合格的产品，同时使模具结构简单,成本低,加工方便。

4.1.2 二次顶出强制脱模的工作原理

1）第一次顶出时,成品一定要顶出模具型腔(这一步是关键,如果不先将成品顶出模具型腔,继续顶出时成品就没有可供变形的空间了)。

2）由于成型顶杆的轴肩限制,使其到达一定距离(成品脱离型腔所用的距离)后,不能继续向前运动了.此时,注塑机的顶出杆继续顶出。而使得模具顶出机构中两侧的顶

杆继续前进,从而强行将成品从带有沟槽的成型顶杆中脱出来。

4.1.3 二次顶出强制脱模的模具结构的确定

经过查阅相关资料，结合塑件结构，本设计采用的是弹簧辅助式内倒钩的二次顶出、强制脱模的模具结构，如图4-1所示。

图4-1 内倒钩结构

1.弹簧 2.推板 3.型芯 4.动模型腔 5.定模版

动、定模分开后, 注塑机顶出杆推动推板2, 在弹簧1作用下, 型芯3一同向上运行, 塑件被第一次从动模型腔4中顶出, 顶出距离为H1, 此时, 内倒勾外侧形成变形

空间。当推板2、型芯3运行距离为H2 时, 型芯3台阶与定模板5相接触,型芯3停止推出, 推板2继续顶出, 塑件通过强制脱模从型芯上推出, 完成二次顶出, H2>H1。

综合考虑本设计要注塑成型的车用防滑手机座置物盒的结构特点，外观要求，模具的总体结构方案定为：采用采用的是弹簧辅助式内倒钩的二次顶出、强制脱模的模具结构形式。模具主要成型结构图如图4-2所示。

图4-2 模具主要成型结构图

4.2 型腔的布置

图4-3 型腔的布置

对于一模多件的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。本设计的模具采用一模四腔，经考虑型腔布置如图4-3所示。

4.3 成型零件的结构确定

成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响塑件的质量。该塑件的材料为改性聚苯乙烯工程塑料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理以使其具备50～55HRC的硬度。

4.3.1 型腔型芯设计

由于塑件结构的特殊性，型腔、型芯都在动模一侧。凸凹模可以采用整体嵌入式，因为这是多型腔模具，大批量生产，它是在一块镶块加工而成，然后再把镶块嵌入到模板中，这样好处：节省贵重材料，适用多型腔生产批量大的模具，加工、拆装方便，以损零件便于更换，型腔形状与尺寸一致性好。本模具是一模四腔，四个型腔均做在两个模仁内，而不是分别做四个嵌入定模板，如图4-4所示。

图4-4 型腔、型芯设计

4.3.2 模仁（凸凹镶块）的固定

由于模仁（凸凹镶块）比较大，而且厚度较厚，故采用螺钉连接，这样做能够达到很好的紧固作用，如图4-4所示。

图4-4 模仁(凸凹镶块)的固定

4.3.3 型芯镶件的设计

考虑到塑件的两边有开槽夹口，夹口两边各有四个圆弧倒扣，如果与凹凸成一体，将无法加工出来，此处必须做成镶件形式，如图4-5所示，而且镶件参与推出运动，因此装配如图4-6所示。

图4-5 型芯镶件 图4-6 型芯镶件连接固定

4.4 导向定位机构设计

由于型芯型腔都在动模板上，塑件形状、型腔分布对称，且无单向侧压力，所以采用直导柱导向（如图4-7所示）便可以满足合模导向及闭模后的定位。

图4-7 导柱、导套导向配合

4.5 推出机构设计

根据塑件的形状特点，其推出机构可采用推杆推出。推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔留下顶出痕迹，但不影响塑件外观，所以采用推杆推出机构。

推杆在完成塑件的推出动作后，为了进行下一次循环的注射成型，必须回到其初始位置，因此需要设置复位机构。因型芯镶件参与二次推出，这里采用弹簧加复位杆复位，保证了型芯先于合模复位，不至于型芯被撞坏。

4.6 冷却系统的设计

该塑件为大批量生产,应该尽量缩短成型周期，提高生产率。TPU是结晶型塑料，成型时需要充分冷却，冷却要均匀。因此，该模具的模仁开设冷却水道，采用冷却水进行循环冷却。

冷却水道直径按经验取10mm，水嘴采用外置型水嘴。考虑到防止漏水，需要在动模模仁框水道接口上加上密封圈，冷却水道布置如图4-8所示。

图4-8 冷却水道布置

4.7本章小结

本章主要介绍了模具设计方案设计，主要包括内容：模具结构的确定、型腔的布置、成型零件的结构确定、导向定位结构的设计、推出结构设计及冷却系统的设计。本模具的总体结构方案采用的是弹簧辅助式内倒钩的二次顶出、强制脱模结构的模具结构形式。

5 主要零部件的设计计算

5.1 成型零件的成型尺寸计算

该塑件的材料是一种收缩范围比较大的塑料，因此成型零件工作尺寸的计算均采用平均法。查有关资料TPU的收缩率为0.5%～2%,故其平均收缩率为：Scp=（0.5+2）% /2=1.25%=0.0125,根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差δz=Δ/3。成型零件尺寸计算如表5-1。

表5-1 成型零件尺寸的计算

5.2 成型零件材料的选择

合理选择制模材料，是模具设计人员的首要任务。成型零部件指与塑料直接接触而成型制品的模具零部件，如型腔、型芯、滑块、镶件、斜顶、侧抽等。成型零部件材料的选用原则是：根据所成型塑料的种类、制品的形状、尺寸精度、制品的外观质量及使用要求、生产批量大小等，兼顾材料的切削、抛光、焊接、蚀纹、变形、耐磨等各项性能，同时考虑经济性以及模具的制造条件和加工方法，以选用不同类型的钢材。

根据塑件材料为热塑性聚氨酯（TPU），对制品外观质量要求一般,需要长寿命、大批量生产的模具，经查阅资料成型零件材料选用P20模具钢。P20模具钢是一种模具焊材的型号，最早的是P20，紧接着P20H，P20Ni相继问世。 P20钢材适用于制作塑料模和压铸低熔点金属的模具材料。此钢具有良好的可切削性及镜面研磨性能。在中国广泛应用，出厂硬度HRC30~42，适用于大中型精密模具。为提高模具寿命达到80万模次以上，可对预硬钢实施淬火加低温回火的加硬方式来实现。淬火时先在500-600℃预热2-4小时，然后在850-880℃保温一定时间（至少2小时），放入油中冷却至50-100℃出油空冷，淬火后硬度可达50-52HRC，为防止开裂应立即进行200℃低温回火处理，回火后，硬度可保持48HRC以上。

5.3 模架的选择

5.3.1 确定模架的类型

根据浇口和推出结构的特点，可选直浇口A型模架。

5.3.2 模架的尺寸确定

5.3.2.1 模仁的尺寸确定

型腔到模仁边的距离a通常25～30mm,本设计有模芯边走冷却水，a可适当增加取a=40mm。

产品（或型腔）之间的距离b，无流道：b 一般取15～25mm。型腔之间布置有流道：b可取25～40mm，一般取30mm。因此取b=20mm，b30mm 模仁尺寸B0L0。

40+2×100+30=310mm B0=2a+2w+b=2×

40+2×155+20=410mm L02a2lb=2×

200时，必须做成拼块结构。 B0L0＞200×

5.3.2.2 动定模板的尺寸确定

由模仁尺寸B0L0——查表5-2得BK和LK分别为95mm、60mm。

图5-1 一模四腔模架核心尺寸

L=L02LK=410+2×60=530，取标准值550mm。

由表5-2得动、定模板的尺寸B×L分别为500mm、550mm。

表5-2 模仁框到动、定模板边的尺寸

图5-2 模板部分厚度尺寸

A:模穴深度 B:模仁加強的厚度 C:模仁厚度 D:模板加強厚度 E:母模仁厚度。 模板部分厚度尺寸确定： 1）产品至模仁上表面厚度B

与冷却水孔的布置及制品的平面投影面积有关,冷却水孔边到型腔的距离取1.5d，或取10~15mm(d为冷却水道的直径)。

用Pro/E软件对塑件分析得塑件平面投影面积为147.274cm2，由表5-3 得B可取45mm，冷却水道的直径为12mm。

表5-3 冷却水道的直径的选取

2）模板加強厚度D

动模板开框背后厚度D,主要承受来自型腔的注射压力，由于采用可选直浇口A型模架，注射压力由支撑板承受, 模仁至动模板下表面的厚度D可取经验值35mm。

综上所述，动模板的总体尺寸为B×L×H,其中B=500mm，L=550mm，H=100mm，选用A1型模架，标记为：A1-500550-88-Z1(GB/T12555-2006)。

5.4 本章小结

本章主要介绍了主要零部件的设计计算和模架的选择，经过这章的计算模具的总体结构尺寸出来了，为画模具装配图及零件图提供依据。

6 注射机有关参数的校核

6.1 模具闭合高度的校核

查塑料模具的标准标准手册得:组成模具闭合高度的模板及其他零件尺寸： 定模座板 H1=35mm 定模板 H2=50mm 动模板 H3=100mm 支撑板 H4=60mm 垫块 H5=130mm 动模座板 H6=35mm 则该模具闭合高度为：

H=H1H2H3H4H5H6=35+50+100+60+120+35=410mm

由于SZ-1000/300型注射机所允许的模具最小厚度Hmin=340，模具的最大厚度Hmax=650mm，而计算得模具闭合高度H=410mm，所以模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件。

6.2 模具安装部分的检核

该模具的外形最大部分尺寸为600mm×550mm，SZ-1000/300型注射机模板最大安装尺寸为760mm×700mm，故能满足模具安装的要求。

6.3 开模行程的校核

注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，注射机的最大开模距离为S=650mm，本模具为单分型注射模，校核关系：

S=650＞H1+H2+a+(5～10)=20+20+85+10=135mm

故该注射机的开模行程满足要求。 式中 H1—塑件所用的脱模距离，mm;

H2—塑件的高度，mm；

a—取出浇注系统凝料所需的长度，mm。

6.4 锁模力的校核

锁模力的校核公式：

FKApm (6-1) 式中 F一注射机的额定锁模力，kN

A一制件和流道在分型面上的投影面积之和，cm2 pm一型腔的平均压力，MPa K 一安全系数，通常取1.1~1.2。

代入数据得:KApm1.2308.04289.44KNF800KN，满足要求。

6.5 注射压力的校核

注射压力的校核公式：

pmaxK、p0 (6-2)

式中 pmax一注射机的额定注射压力，MPa

p0一注射成型时的所需用的注射压力，MPa K'一安全系数。

TPU的注射压力一般为20~110MPa,取70 MPa。

‘

代入数据得：Kp01.37091MPa150MPa，满足要求。

6.6 最大注塑量的校核

在一个注射成型周期内，注射模具内所需的塑料熔体总量（mi）与模具浇注系统的容积和型腔容积有，其值用下式计算：

mi=Nms+mJ (6-3)

式中 N—型腔数量 ，

ms—单个制品的质量或体积，g或cm3，

mJ—浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g或cm3， 已知N=4、ms=70.5cm3，经估算mJ≈20cm3，则mi≈302cm3。

综上所述，SZ1000/300型注塑机的额定注射量为1000cm3〉mi，满足模具要求。

6.7本章小结

本章主要介绍了注射机有关参数的校核，综上所述：选取SZ-100/60型螺杆式注射成型机完全符合本模具的使用要求。

7 基于Pro/E、MEX模具设计

Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化

的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engine作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。EXPERT MOLDBASE EXTENSION,模具专家系统扩展是在Pro/E软件平台上进行模具设计的，是PTC公司合作伙伴BUW公司的产品。EMX可以使设计直接调用公司的模架，节省模具设计开发周期，节约成本，减少工作量。

最后通过利用Pro/E和EMX对车用防滑手机座置物盒模具的设计，并对设计流程进行简单阐述。

7.1 Pro/E 对塑件的成型性分析

根据任务书要求，对车用防滑手机座置物盒进行结构设计并绘出三维图，如图7-1所示。

图7-1 塑件三维样图

7.1.1 Pro/E 拔模检测工具分析

由于塑料冷却后产生收缩，塑件会紧紧包裹住模具型芯，为了便于塑件从模具内取出，防止制品在脱模过程当中制品刮伤，因此制品需要增加拔模角。通过使用Pro/e软件自带的拔模检测工具分析得：

从图7-2中，得到塑件的分型面在深蓝色与粉红色的边界上，说明前面选择的分型面的正确的；塑件四周表面显示深蓝色，处于0度以前，说明塑件具有脱模斜度；在塑件夹口糟中两边显示粉红色，表示此处有倒扣，且与开模方向的夹角大于2度，考虑塑件材料具有超弹性，可以进行强脱。从图7-2右中当绘制输入90时，夹口糟的颜色已改变在青色到橘红色之间，说明倒扣开模方向的夹角在11.25°～67.5°之间，小于90°。经分析此塑件适合强脱。

图7-2 拔模检测分析

图7-3 拔模检测分析

7.2 Pro/E模具设计

7.2.1 Pro/E分模设计

通过Pro/E对塑件进行分模出型芯、型腔成型零固件并创建、浇道、冷却水道。

图7-4 型芯、型腔成型零件

通过Pro/E用“铸模”生成“开模后的产品”，看是否生成成功,如图7-5所示。用模具进料孔进行模拟开模，如图7-6所示。

图7-5 Pro/E用“铸模”后产

图7-6 用“模具进料孔”模拟开模

7.2.2 MEX4.1模架三维设计

1）要用EMX设计模架，首先必须新建一个EMX项目。具体方法为：单击EMX工具栏中的“定义一个新EMX项目”按钮，或者选择“EMX 4.1”>“项目”>“新建”菜单，弹出“项目”对话框，在该对话框中指定项目名称（如mojia_emx）、前缀、后缀、单位和项目类型等，单击“确定”按钮，即可创建一个EMX项目。

图7-7 MX4.1定义新项目

2）单击EMX工具栏中的“组件定义”按钮，或者选择“EMX 4.1”>“模架”>“组件定义”菜单，打开“模架定义”对话框，通过该对话框可以选择供应商和加载标准模架和标准件，还可以修改模架参数和模架元件等。这里单击“件载入/保存组件”按钮，最后设置适合自己的模架参数,点击确定，加载模架。

图7-8 模架定义界面

图7-9 加载后的模架模型

3）加载模架后，工作区中的模架不会显示其细节元件（如螺钉、定位销、顶杆等），此时可以单击EMX工具栏中的“元件状态”按钮，打开“元件状态”对话框，勾选要显示的元件类型。

图7-10 加载元件后的模架模型

4）单击右侧工具栏中的“装配”按钮，可以导入设计好的模具模仁文件（.asm）。

导入后，需要对各个模具零件进行分类，即单击EMX工具栏中的“分类”按钮，弹出“分类”对话框，双击某加载元件右侧的“模型类型”单元格，可以从弹出的下拉列表中选取分类（如将LID_MOLD_WRK归类为工件等）。

图7-11 装配成型零件后的模架模型

5）在动模板开模仁槽，并加载固定模仁的螺钉。

图7-12 加载固定模仁的螺钉

6）添加顶杆，单击EMX工具栏中的“定义顶杆”按钮，打开“顶杆”对话框，首先选取顶杆型号，并定义其直径等尺寸，然后单击“点”按钮，为顶杆选取一个基准点（位于铸件上）作为放置参照；再单击“曲面”按钮，为顶杆头选取一个对齐平面（必须选取顶杆固定板的下表面，系统默认会自动选取）；一般无需选取“方向曲面”，最后单

击“确定”按钮即可。若要修改或删除顶杆，则可以单击EMX工具栏中的“修改顶杆”按钮或“删除顶杆”按钮。

图7-13 添加顶杆

7）由于MEX没有合适本设计的定位圈和浇口套，要进行手动创建，点击“创建元件”按钮，进人创建元件界面，点击“旋转”按钮。草绘浇口套截面，点击确定。

图7-14 创建定位圈和浇口套

8）同上进行创建推板导柱、推板导套和型芯镶块推杆。

图7-15 创建推板导柱、推板导套和型芯镶块推杆

9）创建好的整套模具三维图。

图7-16 整套模具三维图

10）模具爆炸图。

图7-17 下模三维模型

图7-18 模具爆炸图

8 结论

本次毕业设计的内容是车用防滑置物盒注塑模具设计，车用防滑置物盒是一个在车内用处很大的产品，可存放手提电话和小物件，既是防滑垫又是装饰品。置物盒要求外形美观光，手感好的使用要求。设计过程中，二次顶出、强制脱模机构的设计是关键。本论文最后采用Pro/E三维建模软件和EMX设计完成了关于置物盒的模具设计。所做的工作有以下几个方面：

1）从塑件的原材料、塑件的结构工艺性、尺寸精度及表面质量进行塑件成型工艺分析；

2）根据零件体积和模具装配尺寸选择注射成形设备；

3）进行了模具设计方案论证、总体结构方案设计及零部件的设计计算； 4） 基于Pro/E、MEX模具设计,绘制了模具三维图造型及二维总装图。

致谢

历时将近半载的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—汤陆文老师，本课题在选题及研究过程中得到汤陆文老师的悉心指导。汤老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励，才使本文能顺利完成。再次就是要感谢我的同学，在毕业设计当中得到他们很多的帮助，与他们的交流使我受益颇多。

由于时间的仓促及自身专业水平不足，所写论文难免有不足之处，恳请阅读次篇论文的老师和学友，多给予指正，不胜感激！

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