游标卡尺盒注塑模具设计

1 引 言

模具作为重要的生产装备和工艺发展方向， 在现代工业的规模生产中日 益发挥着重大作用。通过模具进行产品生产具有优质、高效、节能、节材、 成本低等显著特点，因而在汽车、机械、电子、轻工、家电、通信、军事和 航空航天等领域的产品生产中获得了广泛应用。模具又是“效益放大器”，用 模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。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， 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。

20 世纪 80 年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高 的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十 分迅速，模具工业一直以 15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国 的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装 备”已经取得了共识。目前，中国有 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%， 压铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。近年来，中国模具工业企业的所 有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、 独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。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，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

塑料模具是一项新兴的产业，随着塑料产品品种和市场需求的为断增 长，随着塑料模具设计和制造技术的不断提高，我国塑料模具产业将会有更 好的发展前景。

本课题的题目是游标卡尺盒的注塑模具设计。在机械生产加工中，游标 卡尺是非常常用的量具之一，因此，游标卡尺盒的注塑模具设计也是很重要 和必要的。要完成这个课题，首先要根据塑件的外形测绘出创建这个塑件的 3D 所需要的各个参数。用 3D 软件所这个塑件做出来，并按要求把它的零件 图画出来，再用 CAD 的方法把加工此塑件的模具给做出来。最后通过对其进 行注塑工艺分析，设计出合理的注塑模具、绘制出合理的注塑模具装配图及 零件图。 本课题的关键是模具的结构设计， 塑件壁厚比较薄而且中间是空的， 这就给结构设计提出了提出了一个新的要求，并给设计带来一定的困难。但 经过自己的不断努力及老师的帮助，使得这次的毕业设计能够顺利完成。

2 注塑件的分析

2.1 注塑件零件图

塑件零件图：如图 2­1 所示

年产量：大批量

材料：PP1340（聚丙烯）

材料厚度：3mm

图 2-1 塑件零件图

2.2 塑件的工艺分析

（1）. 该塑件尺寸较大，一般精度等级，为降低成型费用，采用一模一 件的结构来提高生产率。塑件的壁厚较薄，对制品不进行后加工。

（2）. 为满足制品高光亮的要求与提高成型效率，采用点浇口。

（3）.

为了方便加工和热处理，型芯部分采用镶嵌式结构。

2.3 PP1340 塑料的主要工艺性能

3 密度：0.9­0.91g/cm

成型收缩率：1.0­2.5%

成型温度：160­220℃

物料性能：密度小, 强度刚度, 硬度耐热性均优于低压聚乙烯, 可在 100 度 左右使用. 具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响, 但低温时变脆, 不 耐磨易老化. 适于制作一般机械零件, 耐腐蚀零件和绝缘零件。

成型性能：A. 结晶料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触 易分解。B. 流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔、凹痕。变形

C. 流动速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度。

D. 塑料壁厚须均匀，避免缺料、尖角，以防应力集中。

其他性能：聚丙烯力学性能如屈服强度。拉伸强度、压缩强度、硬度等 均优于低压聚乙烯，有很突出的刚性，耐热性较好，可在 100℃以上使用， 如不受外力，则温度升到 150℃也不会变形。有较好的化学稳定性，除对浓 硫酸、浓硝酸外，几乎都很稳定。高频率电性能优良，且不受温度影响，成 型容易。

主要用途：PP 的应用范围很广，可以用来制作汽车发动机周围需要耐 热的部件，需要煮沸消毒和高压杀菌的医疗机械和餐具等；还可以用来制作 需抗弯曲疲劳的汽车的车轴踏板，文件类的封面、封盖及各种容器等。PP 广泛用于制作化工管道、各种贮槽和压滤机框架等。还可用来生产纤维、单 丝、扁丝、扁条、绳索等强力制品和管道，扁丝可以制成编织袋。此外，PP 还可制成各种薄膜，以用作包装材料等等。

2.4 PP1340 的收缩率的确定

由于影响收缩率的因素较多中， 在选取收缩率时应根据塑件的具体情况 区别对待，一般来说应遵循以下原则：

（1）对收缩率范围较小的塑料，取平均收缩率；

（2）对收缩率范围较大的塑料，可根据塑件的形状选取。对壁厚的制 品取上限，对壁薄的制品取下限；

(3)应考虑注射成型中的工艺对收缩率的影响（注射压力越高，收缩率越 小；注射温度越高，收缩率越大；注射时间越短，收缩率越大）；

(4)当塑料的收缩率很大时，可根据有关的图表选取。

由表 2­2 查出 PP 的收缩率为：1.0­2.5%，根据收缩率选取的原则确定 PP 的收缩率为 1.8%

2.5 塑件的体积与质量计算

通过 Solid works 三维造型，将塑件的三维模型作出来后，测得塑件的 体积为 V=168492.81 mm 3 , 密度取 0.91 g/cm 3 ，塑件的质量

­3 m=V*ρ

=168492.81*0.91*10 =153.3g

2.6 塑件的尺寸精度

（1）尺寸精度的选择；

塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准， 然而在满足塑件使用 要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加 工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定 尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于 要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要 有公差配合要求， 应选择高精度。 根据精度等级选用表，PP  的高精度为 MT2 级，一般精度为 MT3 级。根据塑件尺寸公差表（《塑料模具课程设计指 导与范例》表 6­13），公称尺寸在 200­250 范围内，取 MT2 级得公差数值为 0.72mm,MT3 级得公差数值为 0.92mm。

（2）尺寸精度的组成及影响因素

制品尺寸误差构成为：

d =d s +d z +d c +d a

式中 d ——制件总的成型误差；

d s  ——塑料收缩率波动所引起的误差； （2-1）

d c  ——模具磨损后所引起的误差；

d z  ——模具成型零件制造精度所引起的误差；

d a  ——模具安装，配合间隙引起的误差；

影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面：

1）模具——模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。

2）塑料材料——主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。

3）成型工艺——成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响 尺寸精度。

(3)型腔数目的确定

根据塑件计算重量，选择设备型号规格，确定型腔数。

为了是模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保 证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。常用的方法有四种：

1）根据经济性确定型腔数目。

根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费 用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。

设型腔数目为 n，制品总件数为 N，每个型腔所需的模具费用为 C1，与 型腔无关的模具费用为 C0，每小时注射成型的加工费用为 y （元/h），成型 周期为 t（min ），则：

模具费用为 Xm=nC1+C0（元）

注塑成型费用为 Xs=N（yt/60n）（元）

总的成型加工费用为 X=Xm+Xs，即：

X=N（yt/60n）+ nC1+C0

为使总的成型加工费用最小，即令 dx/dn=0，则有 N（yt/60n）（­1/n²） +C1=0，

所以 C 1 Nyt  / 60

2）根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。

当成型大型平板制件时，常用这种方法。设注射机的额定锁模力为 F （N ），型腔内塑料熔体的平均压力为 Pm（MPa ），单个制品在分型面上的投 影面积为 A1（mm ²），浇注系统在分型面上的投影面积 A2（mm ²），则：

（n A1 + A2）Pm ≤F

n ≤F­Pm•A2/Pm•A1

3）根据注射机的最大注射量确定型腔数目。

设注射机的最大注射量为 G（g ），单个制品的质量为 W1（g ），浇注系 统的质量为 W2（g ），则型腔数目 n 为：

n ≤（0.8G­ W2）/ W1

4）根据制品精度确定型腔数目。

根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低 4%。设模 具中的型腔数目为 n，制品的基本尺寸为 L（mm ），塑件的尺寸公差为±σ， 单型腔模具注塑生产时可能产生的尺寸误差为±Δ%，则有塑件尺寸精度的 表达式为：

L •Δ+（N­1）L •Δ•4%≤σ

简化后可得型腔数目为：

n ≤2500σ/Δ•L ­24

对于高精度制件，由于多型腔难以使各型腔的成型条件均匀一致，一般 型腔数不超过 4 个。

现根据初步的设计方案，选用（3）来确定型腔数目：

注射机额定注射量 mg 每次注射量不超过最大注射量的 80%，

n=(0.8mg ­mj )/mz

式中 n — 型腔数

m g — 浇注系统质量（g ）

m z — 塑件重量（g ）

m g — 注射机额定注射量（g ）

浇注系统体积 Vj,可通过计算机三维造型作出模型后测量器体积：

3 Vj=5720.72mm

­3 M=ρv=5720.72*0.91*10 =5.20(g)

设 n=1 则得：

mg=（mj+ mz）/0.8=（122+5.20）/0.8=159g

3 注塑成型参数确定

3.1 注塑成型工艺过程

注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性， 首先将松散的粒状或粉状 成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化， 使之成为粘流状 态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷 嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模 具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。 一般分为成型前的 准备、注射成形过程以及塑件的后片理三个阶段。

1）物料准备

为使成形工艺过程能顺利进行并保证塑料制件的质量， 在成形前应进行 一系列必要的准备工作。 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂 质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强 的塑料， 应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥， 若有嵌件， 还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂 纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。另外当改变产品、更换 原料及颜色时均需清洗料筒，通常柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺杆式料筒可 采用对空注射法清洗。

2）注塑成形过程

完整的注射成型过程包括加料、加热塑化、加压注射、保压、冷却定型、 脱模等工序。但从实质上讲主要是塑化、注射充模和冷却定型等基本过程。

塑料在料筒内经过加热达到流动状态后， 进入模腔内的流动可分为充模 （图 3­1 中 0­t1 时间段）、保压补缩（图 3­1 中 t1­t2 时间段）、倒流阶段（图 3­1 中 t2­t3 时间段）和浇口冻结后的冷却（图 3­1 中 t3­t4 时间段）冷却四个 阶段，注塑过程可以用如图所示。图中 0 代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时 刻；当模腔充满熔体（T= t 1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值 P0。从 时间 t1 到 t2，塑料仍处于螺杆的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷 却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子 （分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以 这一阶段是大分子定向形成的主要阶段，p 1 为浇口冻结时的压力。这一阶段 的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到浇口处熔体冻结为止 （时间从 t2­ t3） ，由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使 模腔内的压力迅速下降。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平

均收缩率的重要因素。从浇口处塑料完全冻结起到制件脱模取出时为止，倒 流不再继续进行，模腔内的塑料塑料冷却并凝固定型。在冷却阶段中，随着 温度的迅速下降中，模腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。开模时，模 腔内的压力不一定等于外界大气压。 有可能有一个残余压力 （即图3­1中p 2）。 当残余压力为下值时，脱模比较困难，塑件容易被刮伤甚至破裂；当残余压 力为负值时，塑件表面出现凹陷或内部产生真空泡；当残余压力接近零时，

塑件不仅脱模方便，而且质量较好。

图 3­1 注射成形过程中塑料压力的变化

3）制件后处理

由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂， 再加上 流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结 晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除 引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重 时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两 种。

退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制 件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以 上的 10­20 度至热变形温度以下 10­20 度之间；调湿处理是一种调整制件含 水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料 制件. 调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为 121℃，加 热温度为 100～121℃，保温时间与制件厚度有关，通常取 2～9 小时。

本注塑制品不需后处理，取出后即可包装。

3.2 注塑机的选择

如表 3­1 所给信息知，选用单螺杆注塑机。

1）由公称注射量选定注射机

由注射量选定注射机. 由 Solid works 建模分析得（材料密度取ρ =0.91g/cm 3 ）

流道凝料体积体积 V=2.25cm 3 ； （将流道创建出来，体积分析由 Solid works 完成）材料密度取ρ=0.91g/cm ；

质量 m=ρ*V=2.05g

实际注射量为：Vs=168.49+2.25=170.74cm ；

实际注射质量为：Ms =153.3+2.05=155.4g

根据实际注射量应小于 0.8 倍公称注射量原则, 即：

0.8V 公≧ Vs

3 3 3 （3-1） 公 = Vs/0.8=155.4÷0.8=194.25 cm ； V

根据计算结果，查《模具设计与制造简明手册》中表 2­33 热塑性塑料 注射机型号和主要技术规格得，选用 G54­S200/400 型注射机。

表 3-2 G54-S200/400 参数值

2）锁模力计算

F≧kPA

式中：

k为安全系数，k=1.1-1.2；

P 为型腔内熔体的平均压力，一般取注射压力的 25% ­ 50%，柱塞式注 塑机

取 40MPa – 50MPa，螺杆式注塑机取 20MPa – 35MPa；

A 为制品和浇注系统在分型面上的总投影面积，

2 另外，投影面积由三维选型软件 Solid works 知：A ＝5113.72mm ；k （3-2）

取 k=1.2；由前面表知选用螺杆式注塑机，取 P＝40% * 80 ＝32MPa ；

6 ­6 则：F ≧kPA ＝1.2 * 32 * 10 * 5113.72 * 10 ＝196366.848N ＝196.3kN

3）由锁模力选定注射机

结合上面两项的计算，， 查国产注射机主要技术参数表取 G54-S200/400, 主要技术参数如表 3­2。

4）选择的注塑机外形如下图所示

图 3-2 注塑机外形

4 模具设计

4.1 模具设计的流程

模具设计的流程如下步骤所示，也可以参照图 4­1 模具结构详细设计的

流程图：

图 4­1 模具结构详细设计的流程图

(1)制品的造型。可直接采用通用的三维造型软件。

(2)根据注塑制品采用专家系统进行模具的概念设计，专家系统包括模 具结构设计、模具制造工艺规划、模具价格估计等模块，在专家系统的推理 过程中，采用基于知识与基于实例相结合的推理方法，推理的结果是注射工 艺和模具的初步方案。方案设计包括型腔数目与布置、浇口类型、模架类型、 脱模方式和抽芯方式等。

(3)在模具初步方案确定后，用 CAE 软件进行流动、保压、冷却和翘曲 分析，以确定合适的浇注系统、冷却系统等。如果分析结果不能满足生产要 求，那么可根据用户的要求修改注塑制品的结构或修改模具的设计方案。

(4)对设计方案进行评价，根据评价的结果，或者修改注塑制品的结构， 或者修改设计方案。

(5)在完成 CAE 分析和方案评价后，进行模具的详细结构设计，包括型 腔、型芯的设计、浇注系统的布置及尺寸、冷却系统的布置及尺寸等。

(6)模拟模具开模、推件与合模的过程，并进行模具的干涉检查。

(7)进行成本估计，并由 CAM 软件进行数控加工模拟和自动生成型腔、 型芯的 NC 代码。得到的装配模型存入实例库中，供以后的设计参考。

(8)为了适用工厂的需要，还应完成由三维图向二维工程图的转换，包 括各种视图生成、尺寸标注、标题栏、明细表、物性计算等。

4.2 分型面的确定及型腔数目的确定

1 分型面的确定

该塑件为游标卡尺盒，外形表面质量要求较高。在选择分型面时，根据 分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清楚毛刺及飞边，有 利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因 素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处。另外，因塑件尺寸较大，并且 分为两部分，所以为了方便型芯的机械加工，及节省材料，以降低模具成本 考虑，所以设计为塑件由两个模板成型，如图 4­2 所示

同时，为了提高自动化程度和生产效率，减少 LDPE 的取向变形以及保 证塑件表面质量，决定采用点浇口，而模具采用双分型面结构。一个分型面 用于成型塑件，另一个分型面用于取出浇注系统凝料。

图 4­2 分型面结构图

2. 型腔数目的确定

注塑模的型腔数目，可以使一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目 的确定是主要考虑以下几个有关因素：

（1）塑件的尺寸精度；

（2）模具制造成本；

（3）注塑成型的生产效益；

（4）模具制造难度。

考虑到该塑件是游标卡尺盒，塑件的结构尺寸较大，且有一定得精度要 求，所以该产品还是一模一件比较合适。

4.3 浇注系统设计

注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑 料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中 的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影 响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度， 所以浇注系统是模具设 计中的主要内容之一。

在设计浇注系统时应注意以下几个原则：

(1) 根据塑件的形状和大小以及壁厚等因素，并结合选择分型面的形式 选择浇注系统的形式及位置。

(2) 根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。

(3) 应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性，选择浇注系统 的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物料的流动。

(4) 应尽量可能地缩短物料流程和便于清除料把，以节省原料，提高注 射效率。

(5) 排气良好。

1. 主流道设计

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道， 通常和注射机喷嘴在同 一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也 改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。由于主 流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞， 所以主流道部分常设计成 可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。主流道参 数如表 4­3 所示：

表 4-1 主流道主要参数

其主要设计要点为：

A. 为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用α=2°­6°左右的圆 锥孔。对流动性差的塑料也可取得稍大一些，但过大则容易引起注射速度缓 慢，并容易形成涡流。

B. 浇口套与塑件注射区直接接触时， 其出料端端面直径 D 应尽量选的小 些。如果过大，即浇口套与型腔的接触面积增大，模腔内部压力对浇口套的 反作用力也将按比例增大，到一定程度时浇口套则容易从模体中弹出。

C. 浇口套的材料应选用优质钢 T8A，并应进行淬硬处理，为了防止注射 机喷嘴不被碰撞而破坏，浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度，锥孔内壁 粗糙度 Ra 为 0.63µm，以增加内壁的耐磨性，并减少注射中的阻力。圆锥孔 大端应该有γ=1°­2°的过渡圆角，以减少料流在转向时的流动阻力。

D. 浇口套与注射机喷嘴头的接触球面必须吻合。由于注射机嘴头是球 面，半径 SR 是固定的，所以为使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸 球接触良好，一般地其半径 Sr=SR+（0.5­1）mm ，而圆锥孔的小端直径 d 则应大于喷嘴的内孔直径 d1，即 d=d1+（0.5­1）mm ，端面凹球面深度 L2 取 3­5mm。球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道 凝料顺利脱模。

E. 定位圈是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套与注射机的喷嘴对 中定位，定位圈的外径 D1 应与注射机的定位孔间隙配合。其配合间隙为 0.05­0.15mm，定位圈厚度 5­10mm，即小于注射机定位孔的深度。

F. 浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。

其机构形式如下图：

图 4­3 主流道结构图

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，其设计原则如下：

1） 在满足注射成型工艺的前提下，分流道的截面积应尽量的小。但分 流道的截面积过小会降低注射速度。 使填充时间延长， 同时可能会出现缺料、 焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷，而分流道过大则增大冷凝料的回收量，并延 长了物料的冷却时间。一般来说，在注射完成后，分流道的冷却时间应比型 腔中塑件的冷却时间要短，才不影响注射时的效率。因此在设计是应用较小 的截面积，以便与在试模是为必要的修正留有余地。

2） 在可能情况下，分流道的长度应尽量地短，以减少压力损失，避免 模体过大影响成本，如果分流道较长时，应在其末端设置冷料穴，防止冷料 和空气进入模腔。

3） 在分流道上的转向次数尽量少， 在转向处应圆滑过渡， 不能有尖角。 这样就减少压力损失，有利于物料的流动。

4）分流道的内表面不必要求很光， 一般表面粗糙度 Ra 取 1.6µm即可， 这样可以在分流道的磨擦阻力下使物流外层的流动小些， 使其分流道的冷却 皮层固定，有利于对熔融塑料的保温。

5） 分流道断面形状及尺寸大小，应根据塑件的成型体积、塑件壁厚、 塑件形状、所用塑料工艺特性、注射速率、分流道长度等因素来确定。从减 少散热面积考虑分流道的截面宜采用圆形；从压力损失考虑，由于在同等断 面积时圆形比正方形的短，因此料流阻力小，压力损失也小。

该塑件的尺寸较大，且分为两个部分，中间连接部分尺寸较小，若采用

单点进料方式，会延长成型时间，影响成型质量，降低生产效率，增加生产

成本，因此，本设计采用双进料的方式，以提高塑件的生产效率。其结构形 式如图所示：

图 4­4 分流道结构

3. 浇口设计

根据塑件的流动性采用点浇口。其主要优点如下：

1）由于点浇口的截面积尺寸较小，一般 d=0.3~2mm，当熔料通过时， 有很高的剪切率和摩擦，产生热量，提高熔料的流动，从而能获得外形清晰， 表面光泽的塑料制品。

2）塑料制品的浇口在开模的同时即被拉断， 浇口痕迹呈圆点状不明显， 所以点浇口可开在塑件的表面及任何位置，并不影响制品的外观。

3）点浇口一般开在塑件顶部，因其注射流程短，拐角小，排气条件又 好，因此很容易成型。

4）适用于外观要求较高的壳类或盒类塑件的单型腔模、多型腔模等各 种模具，使用比较广泛。

4. 冷料穴的设置

冷料穴一般设置在主流道的末端， 即主流道正对面的动模板上或处于分 流道的末端。它的作用是用来储存注射间隙，喷嘴前端由散热造成温度降低 而产生的冷料。在注射时，如果它们进入流道，将堵塞流道并减缓料流速度； 进入型腔，将在塑件上出现冷疤或冷斑。影响塑件质量。同时在开模时，冷 井又起到将主流道的凝料从浇口套中拉出的作用。 冷料穴的直径应大于主流

道的大端直径，其长度约为主流道的大端直径，这样有利于物料的流动。

4.4.排气系统设计

在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有 塑料手热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能 因填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或产生气泡，或 使塑件熔接不良而引起缺陷。注射模的排气方式，大多数情况下是利用模具 分型面或配合间隙自然排气。

4.5 成型零件的设计与计算

在设计成型零件时，一般应考虑如下问题。

1）应尽量保证注射塑件的外观完整性，使其外表表面美观，避免尖 角、毛边、飞刺等损伤人体的情况出现。

2）应使成型零件的加工工艺简单合理，最省时省力，并能达到必要 的装配精度。

3）成型零件应有必要的制造和装配的基准面，力求装配时定位可靠， 方便、快捷。

4）相互配合的部分应尽量减少配合面，以便于制造和装配

5）局部嵌件应便于修复和更换。

6）应使塑件在使用时方便、简捷。

7）成型零件应具有足够的强度和刚度。

1、凸模的结构设计

采用整体装配式凸模结构，将凸模单独加工后与动模板进行装配而成。 采用这样的机构能节省材料，方便加工，降低模具成本。其结构如图 4­5 所 示

图 4­5

凸模机构

2. 凹模的结构设计

凸模采用整体式结构，有较高的强度和刚度，且不易变形，塑件上不会 产生拼模缝的痕迹。其结构如图 4­6

所示：

图 4­6 凸模机构

3.

成型零件的尺寸计算

图 4­7 塑件的零件尺寸

1) 、型腔尺寸的计算

A ．型腔径向尺寸的计算

Lm =〔Ls （1+s）—xΔ〕

式中：

Lm — 型腔的最小基本尺寸（mm ）

Ls — 塑件的最大基本尺寸（mm ）

Δ— 塑件公差

S — 塑件平均收缩率（%）

x — 综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨 损等因素），塑件精度高，批量大，取 x=3/4。+ d z 0

δz — 模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取 1/3Δ。

查表 6­4 PP 塑料的收缩率是 0.01%~0.03%。

平均收缩率 S=(0.01%+0. 03%)/2=0.02%

因此 Lm =〔184（1+0.02）—1.5*3/4〕

=（187.680—1.125）

= 186.555 + 0 . 5

0 + 0 . 5 0 + d z 0

B ．型腔高度尺寸的计算

Hm =〔Hs （1+s）—xΔ〕 + d z 0

式中 Hm — 型腔的高度最小基本尺寸（mm ）

Hs — 塑件的高度最大基本尺寸（mm ）

Δ— 塑件公差

S — 塑件平均收缩率（%）

x — 综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨 损等因素），塑件精度高，批量大，取 x=2/3。

δz — 模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取 1/3Δ。

查表 6­4 PP 塑料的收缩率是 0.01%~0.03%。

平均收缩率 S=(0.01%+0. 03%)/2=0.02%

因此 Hm =〔10（1+0.02）—0.32*2/3〕

=（10.2—0.2133）

= 9.9867 + 0 . 11

0 + 0 . 11 0 + 0 . 11 0

2）、型芯尺寸的计算

A ．型芯径向尺寸的计算

0 [ ] d L 1 + S ) + x D s ( - Lm = z

式中 Lm — 型芯的最大基本尺寸（mm ）

Ls — 塑件的最小基本尺寸（mm ）

Δ— 塑件公差

S — 塑件平均收缩率（%）

x — 综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨 损等因素），塑件精度高，批量大，取 x=3/4。

δz — 模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取 1/3Δ。

查表 6­4 PP 塑料的收缩率是 0.01%~0.03%。

平均收缩率 S=(0.01%+0. 03%)/2=0.02%

因此 Lm 1=〔82（1+0.02）+0.88*3/4〕

=（83.64+0.66）

0 84 . 3 - 0 . 29 = 0 - 0 . 29 0 - 0 . 29

Lm 2=〔76（1+0.02）+0.76*3/4〕

=（77.52+0.57）

= 78.09 0

- 0 . 25 0 - 0 . 25 0 - 0 . 25

B ．型芯高度尺寸的计算

hm =〔hs （1+s）+xΔ〕 0

- d z

式中 hm — 型芯的高度最大基本尺寸（mm ）

hs — 塑件的内形深度最小基本尺寸（mm ）

Δ— 塑件公差

S — 塑件平均收缩率（%）

x — 综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨 损等因素），塑件精度高，批量大，取 x=2/3。

δz — 模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取 1/3Δ。

查表 6­4 PP 塑料的收缩率是 0.01%~0.03%。

平均收缩率 S=(0.01%+0. 03%)/2=0.02%

因此 hm 1=〔7（1+0.02）+0.32*2/3]

=（7.14+ 0.213）

= 7.353 0

- 0 . 11

0

- 0 . 11 0 - 0 . 11 0 - 0 . 11 hm 2=〔10（1+0.02）+0.32*2/3〕

=（10.2+ 0.213）

= 10.413

A 、设计要点： 0 - 0 . 11 0 - 0 . 11 4．导向机构的设计

1） 导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心到模具外缘应有 足够的 距离，以保证模具的强度。

2） 导柱的长度应比型芯端面的高度高出 6~8mm，以免型芯进入凹模 时与凹模相碰而损坏。

3） 导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常采用 20#低碳钢，经渗碳 0.5~0.8mm，淬火 48~55HRC，也可采用 T8A 碳素工具钢，经淬火处理。

B、顶出机构的设计

在注射成型的每一个循环中，塑件必须由模具型腔中或凸模/型芯上松 动分离（即脱出），脱出机构的机构就叫塑件脱出机构，脱出机构的设计基 本考虑：

（1）保证塑件质量

（2）脱出机构结构

（3）所需顶出行程、开模行程计算

根据以上原则，在后模设计顶针孔的大小与位置，顶针就是脱模推 出机构，即将塑件从后模上顶出。顶针见总装图，顶出时受力均衡，直径都 为 Ø4mm。顶针孔图中高度为 15 的部分直径为 Ø4mm，用于与顶针相配合，这 样做的目的是为了减少配合的接触面积：15mm 的部分直径才是 Ø5mm。

顶出行程计算

S 顶=h 凸+e

式中 S 顶 — 所需顶出行程

h 凸 — 型芯成型高度

e — 顶出行程富裕量（mm）

S 顶= 13+5=18 mm

所需开模行程计算

S 开=h 塑+h 凸模+e

式中 S 开 — 开模行程（mm）

h 塑 — 塑件及浇注系统在开模方向上的总投影高度（mm）

h 凸模 — 动定模型芯突出分型面的高度总和（mm）

e — 取件及取出浇注系统凝料的开模行程富裕量（mm）

S 开= 13+5+80+8=106 mm

A、设计原则：

1）开模时应使塑件留在动模一侧

2）保证塑件外观完美无损

3）避免顶出损伤

4）顶出机构应平稳顺畅，灵活可靠。

B、脱模力的计算

型心端面面积=2*244*13+2*244*10=11224mm³

C、推杆的截面形状尺寸大小

顶杆头部的断面形状根据塑件的实际需要而定。 主要常用的截面形状有 圆形、方形、弓形及其他各种类型。圆形顶杆是最常用的一种。由于这个形 状的顶杆和顶杆孔最容易加工，且很容易保证其精度，易于保证其互换性， 并且它还有滑动阻力最小，不易卡滞等优点。根据经验取Φ5 的直径。

D、推杆的固定形式

采用此固定较好， 从图中可以看出， 除配合部分外， 其余部分都有0.5mm 的单边间隙。一部分是为了排气需要外，其余都是为了防止在做模时产生的 孔距误差，引起组装后产生松动的现象。给顶杆低部固定部分以较大的自由 度，调正位置定心自如后在用螺栓紧固。

E、推出机构的复位

采用弹簧复位和推杆兼复位的形式。

F 、顶杆顶出设计要点

1）顶杆应设在脱模阻力较大的部位。

2）顶杆应设在塑件承受力较大的部位。

3）顶杆位置应布局均匀合理。

4）在确保塑件顶出的前提下，顶杆数量应尽量地少，以简化模具结构， 减少顶出对塑件的影响。

5）对于有装配要求的塑件，顶杆端面的安装高度应高出型芯一个距离 h=0.1~0.5mm，在塑件成型后使其平面形成一个凹窝，以免影响塑件的装配。

6）顶杆应尽量地短，保证顶杆在顶出时的强度和刚度。

7）顶杆不易过细。

8）顶杆材料斜面设置顶杆时，为防止在顶出过程中相对滑动，在顶杆 斜面上开多个横槽。

9）当较薄的平板塑件不允许有顶出痕迹时，可采用耳形顶出形式。

10）顶杆位置应注意避开冷却水路。

4.6. 温度调节系统的设计

注塑模温对塑料熔体的流动、固化定型、生产率以及塑件的形状和尺寸 精度有着直接的影响。注射成型时，不同的塑料对模温有着不同的要求，控 制适宜的模温来保证塑料熔体具有最佳的流动性，易于充满型腔，并使塑件 脱模后的收缩、翘曲变形小，形状与尺寸稳定，具有较高的物理力学性能以 及较高的表面质量。

1、冷却系统设计原则

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型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷 却水孔与型腔表面的距离应处处相等。

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它结构发生干涉现象。

9）冷却水道进出接头应埋入模板内，以免在搬运过程中造成损坏，最 好在进口和出口出分别打出标志如“IN”（进口）和“OUT”（出口）等

2．冷却时间的确定

在注射过程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起 到可以开模取出塑件时止的这一段时间。 这一时间标准常以制品已充分固化 定型而且具有一定强度和刚度为准。 这段冷却时间一般约为占整个注射生产 周期的 80%。根据经验查表得 t=25.5（t/s）冷却水管直径 d=12mm。

3. 冷却系统的结构形式：

图 4­8 冷却系统示意图

5 注射机的校核

1. 最大注射量的校核

K 利 G 公≥G 件+G 废

式中 G 公 — 注射机公称质量注射量

K 利 — 注射机最大注射量的利用系数，取 0.8

G 件 — 塑件的质量

G 废 — 浇注系统等废料的质量

塑件重量 153.3g,浇注系统重量 2.05g

则每次注射所需塑料量为 155.35g

注射机的最大注射量 180-360g,故能满足要求。

2. 锁模力与注射压力的校核

锁模力可按 F≥Pm(nAz+Aj)校核

式中 Pm — 塑料注射压力 Pm=80~130Mpa,由于多腔注射，取 Pm=130Mpa Az — 塑料在分型面上的投影面积（cm2）

Aj — 浇注系统在分型面上的投影面积（cm2）

F — 注射机额定锁模力

投影面积计算：

从 SW 三维造型模型中测量得到

2 Az=26.85(cm ) 2 ，Aj=18.95(cm ) SZ－160/1000 注射机额定锁模力为 1000KN

代入公式中得 Pm=130(26.85+18.9 5)=594KN

由于 F=63.KN，故满足 F>594KN，同样 SZ－160/1000 的额定注射压力 132KN>130KN,也能满足 PMMA 塑料的注射压力要求。

3. 模具厚度 H 与注射机闭合高度校核 Hmin

式中 Hmin — 注射机允许最小模厚（187mm）

Hmax —注射机允许最大模厚（360mm）

预选模架 500400，则模具闭合高度 H=341mm

因为 360>341>187,所以能满足要求。

4. 注射机开模行程的校核

SK≥H1+H2+（5~10）mm

式中 SK — 注射机行程（SK=360mm）

H1 — 脱模距离（顶出距离），H1=25

H2 — 塑件高度+浇注系统高度

H2=32+15=47

则 H1+H2+10mm=47+25+10=82(mm)

故能满足要求

6 模具加工工艺流程

根据零件结构和制造工艺,模架的基本组成零件有两种:导柱、 导套等 回转零件；模板等平板零件。

导柱、导套的加工主要是内、外圆柱面加工，平板内零件的制造过程 主要进行平面加工和孔隙加工，他们在模具中起定位的导向作用，保证凹凸 模在工作时具有正确的相对置，除了要保证导柱，导套配合表面尺寸形状精 度外，还应该保证导柱、导套各自配合面之间的同轴度要求。

导柱、导套一般采用低碳钢进行渗碳、淬火处理，也可选用碳素工具钢 T10 淬火处理，淬火处理硬度 58-62HRC。

根据分析，导柱、导套加工艺过程如下：

备料——粗车、 半精车内外圆柱表面——热处理——研磨导柱中心孔— —粗磨、精磨配合表面——研磨导柱、导套重要配合表面。

1、凸模加工工艺过程如下：

下料——锻造——退火——粗加工——精磨基面准面——划线——工作 型面半精加工——淬火、回火——磨削——修研。

2、凹模加工工艺过程如下：

下料——锻造——退火——粗加工六面——精磨基面准面——划线— 型孔半精加工——型孔精加工——淬火、回火——精磨（研磨）

1、模架的装配：

导柱、导套与模板之间一般采用过盈配合，装配时可采用手动压力机将 导柱压入动模板的导柱孔， 复位机构的装配复位杆与固定板一般采用过度配 合。模架的装配比较的简单，主要是用螺钉将装有导套的定模板连接起来。

2、模具表面强化处理工艺特点及应用：

渗氮处理：渗氮处理是向模具零件表面渗入氮原子的过程，模具渗氮前 应加工到尺寸精度和表面粗糙度， 最好是经过试模确认完全合格后再进行渗 氮处理。根据模具的技术要求分别采用以下两种工艺路线：

精密模具： 备料——锻造——退火或回火——粗加工——调质——半精 加工——装配——试模——渗氮——研磨抛光——装配；

一般模具： 备料——粗加工——调质——精加工——糁氮——研磨—— 装配；

1、总装的技术要求

a、装配后的模具安装表面的平行误差不大于 0.05；

b、模具闭合后分型面应均密合；

c、导柱、导套滑动灵活，推件时推杆和卸料板动作一致；

d、合模后动模部分和定模部分的型芯必须紧密接触

2、试模：

模具在装配完成之后，在交付生产时试模，其目的是检查模具在设计制 造上是否存在缺陷，若有，则要求排除；对模具成型工艺条件进行试验以有 利于模具成型工艺的确定和提高。

结论

到此毕业设计已接近尾声，毕业设计的大部分工作已完成，只是某些小 的细节仍需要修改，但这比以前的工作量要小许多。这次的毕业设计不仅仅 是模具的设计，还有软件的学习，任务量很大。在设计的过程中困难很多， 不过在老师、同学以及参观实习中模具师傅的讲解，使问题一个一个的被解 决掉。 通过这次的毕业设计学习到了很多的东西， 特别是模具及 Solid works 软件方面的相关知识。这次的毕业设计不仅仅是我们模具方面所学的知识， 还有软件方面的内容。在现在的模具设计中，软件已成为一个优秀设计师不 可缺少的工具。虽然它只是一个工具但要灵活运用，还需要一段很长的路要 走。软件操作虽然不是什么高深的知识，但要想成为高手也确属不易，你也 必须有一个良好的学习方法和吃苦耐劳的精神， 软件的操作非一日之功这需 要我们付出努力才会有收获。

本设计中详细介绍了模具设计的流程及各个过程中参数的确定方法， 保 证模具的各个参数都有来历。设计是一个繁琐的工作，在有设计方案的情况 下，需要不断的修改、确定里面的各个参数，从最初的框架设计到最后的产 品要很长的一段路要走。在设计过程中 Solid works 是参数化的，这就给设 计带来了便利，但同时也给修改带来了不便。在参数化的修改中，参数少时 可以给修改带来方便， 但参数比较多时就给修改带来了不便特别是模具的分 型面，修改非常的不易。有时修改还没有重新建立快，但只要少数的情况大 多数情况下还是修改的快，这就对我们的软件操作能力有更高的要求。

在开题报告中已说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状， 随 着经济的发展，塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势，模具设计已成为一种不 可缺少的行业。这次的模具设计，我体验了模具设计的整个流程，不管以后 搞不搞模具设计，这对我来说都是一种不可缺少的经历，它也是经验积累的 一个过程。在本设计说明书中介绍了注塑件的一般设计原则，对塑件的特征 如倒圆角、加强筋等做了说明，从实际来看，几乎所有的注塑件都遵循这些 原则。在做好注塑成型的准备工作之后，接着介绍了模具设计的内容，冷流 道注塑模具无外乎包括四大系统：浇注系统、温度调节系统、顶出系统和机 构系统（其实也可以归为顶出系统，该系统如斜导柱、滑块和开闭器等）。 在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状，确定浇口尺寸，对流 道剪切速率进行校核； 温度调节系统说明了设计的一般步骤， 确定冷却时间， 计算体积流量等。该模具属于复杂脱模机构，四个方向都有滑块抽芯机构，

采用点浇口的形式并需要二次分型，设计相对比较的复杂。做完上述这些工 作之后，该模具的设计到此结束。

在设计的过程中发现不同的教材中，经验公式有不一致的地方，不同公 式的计算结果有的相差很大，特别是在温度调节与脱模力的计算这两块，所 以我们计算出来的结果只能作为参考， 在实际的应用中要根据实际情况作出 相应的调整。在完成图纸之后发现模具设计的有些结构是不合理的，这就又 要做出修改，设计过程就是一个不断修改完善的过程。，注塑件的生产中模 具的结构相当的重要，好的模具结构可以提高生产效率，降低生产成本，减 少维修时间。

目前传统冷流道模具设计还是以经验为主， 很难对注射各参量进行严密 的数学建模，因为各参量相互影响，关系复杂。随着科技的进步及注射理论 的突破，热流道模具发展的越来越迅速，随着技术的成熟，热流道模具将会 逐渐的增多。热流道模具成本相对较高，但材料利用率高、成型好、产品质 量高，它已是模具设计的一个发展方向，以后注射模具的研究会以热流道模 具为主。

在完成参数化设计之后发觉 AutoCAD 的设计确实给我们的设计带来了 不便，每次修改 3D 后都要重新修改 AutoCAD 图，虽然 Solid works 也可以 出工程图但里面有太多不合国标的标准， 还得对入到 AutoCAD 之中作修改很 是繁琐。也许到企业中，能够接受三维转换出的工程图，这样修改会方便一 点。

总之，这次的毕业设计收获很大，学到了不少的知识。在老师以及周围 同学的帮助下，使得毕业设计顺种完成。

参考文献

[1] 李力 崔江红 肖庆和 胡纪云编著. 塑料成型模具设计与制造.北京：国防工业出 版社,2007.5

[2]赵则祥主编.公差配合与质量控制.开封：河南大学出版社，1999.8

[3]杨占尧主编.塑料模具课程设计指导与范例.北京：化学工业出版社，2009.6 [4]杨占尧 白柳主编.塑料模具典型结构设计实例.北京：化学工业出版社，2008.10 [5] 宋王恒 塑料注射模具设计实用手册.北京：航空工业出版社，1994.8 [6]冯炳尧 韩泰荣编著.模具设计与制造简明手册.上海：上海科学技术出版社， 1990.5

[7]大连理工大学工程画教研室编.机械制图.北京：高等教育出版社，2003.8 [8]Orlov P. Funfamentals of Machine Design. Moscow: Mir Pub.， 2007

致谢

经过几个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的 轻松，前几天还在为画好一张图而努力，今日完成后心里却是有一种说不出 的东西。设计过程中遇到了许多的问题，在众多师友的帮助下都得以解决。 首先要感谢胡敏老师对我的指导和督促，她给我指出了正确的设计方向，使 我加深了对知识的理解, 同时也避免了在设计过程中少走弯路，另外老师的 督促使我一直把毕业设计放在心理， 保证按质按量的完成。 要感谢宿舍同学， 是大家营造了良好的学习环境，在做设计的过程中（特别是在方案确定的过 程中），大家互帮互助、互相讨论，我从中就得到了不少的启发，从而使设 计更好。经过这次的毕业设计，我的 CAD 和 SW 操作水平比以前有了很大 提高，因为塑料模具这一块对 Solid works 软件的操作要求比较的高，没有 一定的经验模具是很难设计出来，要么设计出来很难修改。与此同时也较全 面的掌握了 Word 的编辑功能；还要感谢那些把借阅证让我借书的同学，使 得我查阅资料非常方便。另个这里还要感谢我的答辩老师们，虽然他们不断 的提问但那是对我的最好的督促。

大学生活至此划上了圆满的句号， 在中原工学院这块土地我度过了四年 的时光，想像着自己将到离开这里到一个陌生的地方，心里还真是留恋。我 想还会有莘莘学子辛勤的耕耘在这片田地上， 在这块土地上我健康快乐的成 长，吸取营养我永远不会忘记可亲的同学，我永远记得这片曾经养育我的土 地。

附录一 塑料制品的公差数值表

附录二

常用液压机的技术参数

附录三

部分国产常用注塑机的技术参数