字典式台灯毕业设计说明书

1绪论

1.1塑料成型在工业生产中的重要性 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。模具设计水平的高低，加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣，直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。近年来，我国各行各业对模具工业的发展十分重视。1989年，国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”，在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。总之要尽快提高我国模具工业的整体技术水平并迎头赶上发达国家的模具技术水平。

1.2塑料成型与注塑模具

塑料成型的方法很多，如注射、吹塑、挤出等等。而注塑成型以其能成型高尺寸精度，高复杂性的制品和高效率占有一席。除少数几种塑料外，几乎所有的塑料都可以注塑成型。据有关资料统计，注塑制品占所有模具塑件总产量的三分之一；注塑模具占塑料成型模具数量的二分之一以上。注塑成型制品的应用已十分广泛，并随着塑料原料的不断改进，已逐步代替传统的金属和非金属材料的制品，发展注塑模具大有可为。

1.3注射成型原理

塑料成型的基本原理就是利用塑料的可挤压性和可模塑性，首先将松散的粒料或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为黏流态熔体，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，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。

1.3.1注射成型的工艺特点 此工艺能成型形状复杂、尺寸精度高、带有金属嵌件的塑件；对成型各种塑料适应性比较强；生产效率高，易于实现自动化；费用较高，不适合单件、小批量生产。

1.3.2.注射成型的主要环节

（1）生产前准备

（2）为了使注射成型生产顺利进行和保证制件质量，生产前需要进 原料预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模剂等一系列准备工作。

（3）注射成型工艺的完整三阶段：

① 塑化计量

塑化即成型物料在注射成型机料筒内经过加热、压实以及混合等作用以后，由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均化熔体的过程。所谓均化包含四方面内容，即物料经过塑化后，其熔体内必须组分均匀、密度均匀、黏度均匀和温度均匀。

计量是指能够保证注射机通过柱塞或螺杆，将塑化好的熔体定温、定压、定量地输出（即注射出）机筒所进行的准备动作，这些动作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。

塑化效果指物料转变成熔体之后的均化程度。

塑化能力指注射机在单位时间内能够塑化的物料质量或体积。

塑化效果的好坏及塑化能力的大小均与物料受热方式和注射机结构有关。 ②注射充模

柱塞或螺杆从机筒内的计量位置开始，通过注射油缸和活塞施加高压，将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速进入封闭模腔的过程为注射充模。注射充模又可细化为流动充模、保压充模和倒流三个阶段。 流动充模指注射机将塑化好的熔体注射进入模腔的过程。

保压补缩阶段指从熔体充满模腔至柱塞或螺杆在机筒中开始后撤为止。其中保压是注射压力对模腔内的熔体继续进行压实的过程，而补缩则是指保压过程中，注射机对模腔内逐渐开始冷却的熔体因成型收缩而出现的空隙进行补料

动作。且保压的作用有压实，补缩，防止倒流。

冷却定型从浇口冻结时间开始，到制品脱模为止。

③制品的后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力作用下的变形流动复杂，再加上流动前塑化不均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，导致制件的力学性能、光学性能及表观质量变坏，严重时还会开裂。为了解决这些问题，可对制件进行一些适当的后处理。常用的后处理方法有退火和调湿两种。 2毕业设计课题

2.1课题名称：字典式台灯底座（如图）

图2-1：原塑件结构 -

图2-2：改进后结构

修改原因：这样不影响塑件的使用和美观程度，且模具结构简单，制造方便。 3 塑件分析

3.1塑件材料

此塑件的材料是ABS树脂，全名为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名为Acrylonitrile Butadiene Styrene。

ABS树脂具有耐热、表面硬度高、尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成型和机械加工等特点，且价格较低。此外，表面还可以镀铬。改变ABS树脂中三种组分之间的比例，可以使它具有稍微不同的性能，以适应各种特殊应用。根据应用的不同，ABS树脂常分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型和低冲击型。

ABS树脂的电绝缘性很少受温度、湿度的影响，而且在很大的频率变化范围内保持恒定。字典式台灯底座用的是阻燃性式ABS。

3.2塑料的尺寸

塑件的总体尺寸主要取决于塑料品种的流动性。在一定的设备和工艺条件下，流动性好的塑料可以成型较大尺寸的塑件；反之，成型出的塑件尺寸较小。塑件外形尺寸还受成型设备的限制。从能源、模具制造成本和成型工艺条件出发，只要能满足塑件的使用要求，应将塑件设计得尽量紧凑、尺寸小巧一些。

3.3 塑件的尺寸精度

影响塑件尺寸精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件的形状，飞边厚度的波动，脱模斜度及成型后塑件尺寸变化等。一般来讲，为了降低模具的加工难度和模具制造成本，在满足塑件使用要求的前提下应尽量把塑件尺寸精度设计底一些。 台灯是生活用品，且其材料为ABS，可采用一般精度4级。.

3.4塑件的表面质量 塑料制件的表面质量包括表面粗糙度和表观质量。塑件表面粗糙度的高低，主要与模具型腔表面的粗糙度有关。目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常为Ra0.02~1.25μm,模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra0.01~0.63μm。 塑件的表观质量指的是塑件成型后的表观缺陷状态，如常见的缺料、溢料、飞边、凹陷、气孔、熔接痕、银纹、斑纹、翘曲与收缩、尺寸不稳定等。它是由于塑件成型工艺条件、塑件成型原材料的选择、模具总体设计等多种因素造成的。

台灯底座的表观缺陷：制品有很多溢边和推杆处有推痕。

制品有溢边的产生的可能原因：料筒、喷嘴及模具温度太高；注射压力太大，锁模密合不严，有杂物或模板已变形；型腔排气不良；塑料的流动性太好；加料量过大。

字典式台灯底座上有推痕的原因：脱模时的推出力太大。所以设计时在此处应尽量降低平均到每根推杆上的脱模力，或增大推杆的横截面积。

3.5脱模斜度

由于塑料冷却后产生收缩，会紧紧包在凸模或成型型芯上，或由于粘附作用，塑件紧贴在凹模型腔内。为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时划伤、擦皮等。在设计时塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。

塑件脱模斜度的大小与塑件的性质、收缩率、摩擦因数、塑件壁厚和几何形状有关。硬质塑料比软质塑料脱模斜度大；形状较复杂或成型孔较多的塑件取较大的脱模斜度；塑件高度较大、孔较深，则取较小的脱模斜度；壁厚增加、内孔包紧型芯的力大，脱模斜度也应取大些。有时，为了在开模时让塑件留在凹模内或型芯上，而有意将该边斜度减小或将斜度放大。

一般情况下，脱模斜度不包括在塑件公差范围内，否则在图样上应予说明。在塑件图上标注时，内孔以小端为基准，斜度由放大的方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小的方向取得。

脱模斜度值应根据塑件的结构、使用情况、成型要求灵活使用。 台灯底座模具型腔的脱模斜度为10，型芯的脱模斜度为51/。

3.6.壁厚 塑件应有一定的壁厚才能满足使用时的强度和刚度要求，而且壁厚在脱模时还需承受脱模推力。壁厚应设计合理，壁太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象；壁太厚塑料件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；壁厚不均将造成收缩不一致，导致塑件变形或翘曲，在可能的条件下应使壁厚尽量一致。

台灯底座塑件的壁厚不均，但在设计时要将壁厚取均匀，经测量后取壁厚为

2.2mm.

3.7圆角

对于塑件来说，除使用要求需要采用尖角之外，其余所有内外表面转弯处都应尽可能采用圆角过渡，以减少应力集中。这样不但使塑件强度高，塑件在型腔中流动性好发，而且美观，模具型腔也不易产生内应力和变形。圆角半径的大小主要取决于塑件的壁厚，设R为圆角半径，t为壁厚，将R/t控制在1/4~3/4的范围内较为合理。

则台灯底座的过渡圆角按此原则可取r=1mm。

4 ABS树脂的工艺性能分析

4.1塑料的成型收缩

塑料制件从模具中取出发生尺寸收缩的特性称为塑料的收缩性。因为塑料制件的收缩不仅与塑料本身的热胀冷缩性质有关，而且还与模具结构及成型工艺条件等因素有关，故将塑料制件的收缩统称为成型收缩。

在实际成型时不仅不同品种的塑料其收缩率不同，而且不同批次的同一品种塑料或者同一制件的不同部位的收缩率也经常不同，收缩率的变化受塑料品种、制品特征、成型条件以及模具结构等因素的影响，特别是浇口尺寸和位置的影响，因此制品的实际收缩率与设计模具时所选用的计算收缩率之间便存在着误差。在选取塑料的收缩率时应按制品的具体情况做具体分析，其一般的选

择原则如下： 1.对于收缩率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中间值，此值称为收缩率。

2.对于收缩率范围较大的塑料品种，应根据制件的形状，特别是根据制品的壁厚来确定收缩率，对于壁厚者取上限（大值），对于薄壁者取下限（小值）。

3.制件各部分尺寸的收缩率不尽相同，应根据实际情况加以选择。

4.对于收缩量很大的塑料，可利用现有的或者材料供应部门提供计算收缩率的图表来确定收缩率。在这种图表中一般考虑了影响收缩率的主要因素，因此可提供较为可靠的收缩率数据。也可以收集一些包括该塑料实际收缩率及相应的成型工艺条件等数据，然后用比较法进行估算。必要时应设计、制造一副试验模具，实测出在类似的成型条件下塑料的收缩率。

4.2ABS的流动性

塑料的流动性是比较塑料成型加工难易的一项指标。与黏度一样，塑料的流动性不仅依赖于成型条件，而且还依赖于聚合物性质。塑料的流动性一般可根据聚合物的相对分子质量、熔融指数、阿基米德螺旋线长度、表观黏度以及流动比（流程长度/制品壁厚）等一系列指标进行衡量。相对分子质量小、熔融指数高、螺旋线长度长、表观黏度小、流动比大则流动性好。

一般可将常用热塑性塑料的流动性分为三类：流动性好的，流动性一般的，流动性差的。

ABS属于流动性一般的。

塑料的流动性也随成型工艺条件的改变而变化。例如，熔体成型温度高则流动性好（塑料品种不同对温度的敏感程度也不同），注射压力大流动性好。模具结构也会影响流动大小。

模具设计时应根据所用塑料的流动性，选用合理的结构。成型时还可通过控制温度、模温、注射压力及注射速率等因素来调节注射成型过程以满足对制件质量的要求注射模的结构设计

5结构设计

5.1分型面的确定 选择分型面时，应根据几何形状和塑件的外观质量、浇注系统的合理布置、便于取件、利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面的位置宜取在塑件外形轮廓最大处。

字典式台灯底座模具选择了三个分型面。结构参见附录。

5.2浇注系统设计

浇注系统的作用就是将熔融状态的塑料均匀、迅速地输入型腔，使型腔内气体及时排出；并且将注射压力传递到型腔的各个部分，从而得到组织紧密的制品。

浇注系统通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。

主流道是注射机喷嘴与型腔（单型腔模）或与分流道连接的一段进料通道。台灯底座模具是双分型面，所以主流道是注射机喷嘴与型腔连接的一段进料通道。

浇口是连接分流道和型腔的进料通道。

冷料穴是用来储存冷。

5.2.1主流道、分流道衬套及定位环的设计

（1）主流道

主流道一般设在定模板上，并且常位于模具的中心，与注射机喷嘴在同一轴线上。主流道衬套的材料常用T8A、T10A制造，热处理后硬度为50~55HRC。主流道衬套与定模板采用H7/m6的过渡配合，主流道衬套与定位圈采用H9/f9的间隙配合。由于受型腔或分流道的反压力作用，主流道衬套会产生轴向移动，所以主流道衬套的轴向定位要可靠。主流道衬套与定位环的形状及尺寸如图5-1。

（2）分流道的形状及尺寸

分流道的截面形状有：圆形、梯形、U形、半圆形、矩形；分流道的长度应尽可能的短，少弯折以减少压力损失；分流道的表面粗糙度为Ra

（3）浇口的设计

浇口的形式及适应性：除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分。浇口的作用是使料流加速，并控制补料时间，控制料的流动状态。其常用的截面形状有圆形和矩形两种。浇口的形式不仅对塑料熔体的流动性和充模特性有很大的影响，而且与塑件的成形性质有着密切的关系。因此浇口的形式有塑料品种要相互适应。小浇口（点浇口、潜伏浇口、侧浇口）适合于粘度对温度和充模速率敏感的及流动性好的塑料；流动性差的塑料和接近牛顿液体的塑料宜采用较大的浇口（直接浇口、扇形浇口、平缝式浇口）；还有一类是圆筒、箱盖类塑件所用的浇口（环形浇口、轮辐浇口、抓形浇口）。

台灯底座采用的ABS材料，这种材料的流动性一般，且粘度对剪切速率和温度敏感。所以可以采用点浇口。

点浇口的特性：进料位置能比较自由地选定，不受限制；剪切速率过高时，进料口附近易引起熔体破裂，白化；多点进料或多腔时，容易进行平衡；进料

（4）浇口位置的设计原则： 口必须用三板模切断；可用于热流道；进料口附近变形小；加工比较困难。

①浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动（蛇形流）。台灯底座设计时就要考虑这原则，因ABS的流动性一般，可采用冲击型浇口。因为这对提高塑件质量、克服表面缺陷较好。

②浇口位置应有利于流动、排气和补料。所以在台灯底座设计时，考虑这因素就不把浇口开在塑件的分型面上。

③浇口的位置应使流程最短，料流变向最少，并防止型芯变形。所以开浇口如图。

④浇口应开在塑件壁最厚处。当塑件壁厚相差较大时，浇口应开在塑件壁最厚处，因为壁厚处流动阻力小、模具温度高，壁薄处不但流动阻力大，而且还容易冷却，影响充填。另外壁薄处压力损失大，不利于压力的传递。

⑤考虑分子定向的影响。在成形过程中应尽量减少定向作用，但完全避免是不可能的。由于定向作用的存在，使得塑料在流动方向上与垂直与流动方向上的强度不一致，从而导致应力开裂。沿料流方向（分子定向方向）上机械强度大，收缩率大；在垂直于料流方向（垂直定向方向）上机械强度小，收缩率小。 ⑥浇口位置的选择应注意塑件外观质量。浇口位置选择应满足塑件的使用要求，不影响塑件的使用，并注意塑件外表的美观。

5.3流道、分流道衬套及定位环的设计

5.3.1 主流道

主流道一般设在定模板上，并且常位于模具的中心，与注射机喷嘴在同一轴线上。主流道衬套的材料常用T8A、T10A制造，热处理后硬度为50~55HRC。主流道衬套与定模板采用H7/m6的过渡配合，主流道衬套与定位圈采用H9/f9的间隙配合。由于受型腔或分流道的反压力作用，主流道衬套会产生轴向移动，所以主流道衬套的轴向定位要可靠。主流道衬套与定位环的形状及尺寸如图。

5.3.2. 分流道的形状及尺寸

分流道的截面形状有：圆形、梯形、U形、半圆形、矩形；分流道的长度应

尽可能的短，少弯折以减少压力损失；分流道的表面粗糙度为Ra

浇口的形式及适应性：除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分。浇口的作用是使料流加速，并控制补料时间，控制料的流动状态。其常用的截面形状有圆形和矩形两种。浇口的形式不仅对塑料熔体的流动性和充模特性有很大的影响，而且与塑件的成形性质有着密切的关系。因此浇口的形式有塑料品种要相互适应。小浇口（点浇口、潜伏浇口、侧浇口）适合于粘度对温度和充模速率敏感的及流动性好的塑料；流动性差的塑料和接近牛顿液体的塑料宜采用较大的浇口（直接浇口、扇形浇口、平缝式浇口）；还有一类是圆筒、箱盖类塑件所用的浇口（环形浇口、轮辐浇口、抓形浇口）。

台灯底座采用的ABS材料，这种材料的流动性一般，且粘度对剪切速率和温度敏感。所以可以采用点浇口。

点浇口的特性：进料位置能比较自由地选定，不受限制；剪切速率过高时，进料口附近易引起熔体破裂，白化；多点进料或多腔时，容易进行平衡；进料口必须用三板模切断；可用于热流道；进料口附近变形小；加工比较困难。

5.4浇口位置的设计原则

（1）浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生喷射和蠕动（蛇形流）。台灯底座设计时就要考虑这原则，因ABS的流动性一般，可采用冲击型浇口。因为这对提高塑件质量、克服表面缺陷较好。

（2）浇口位置应有利于流动、排气和补料。所以在台灯底座设计时，考虑这因素就不把浇口开在塑件的分型面上。

（3）浇口的位置应使流程最短，料流变向最少，并防止型芯变形。所以开浇口如上图。

（4）浇口应开在塑件壁最厚处。当塑件壁厚相差较大时，浇口应开在塑件壁最厚处，因为壁厚处流动阻力小、模具温度高，壁薄处不但流动阻力大，而且还容易冷却，影响充填。另外壁薄处压力损失大，不利于压力的传递。

（5）考虑分子定向的影响。在成形过程中应尽量减少定向作用，但完全避

免是不可能的。由于定向作用的存在，使得塑料在流动方向上与垂直与流动方向上的强度不一致，从而导致应力开裂。沿料流方向（分子定向方向）上机械强度大，收缩率大；在垂直于料流方向（垂直定向方向）上机械强度小，收缩率小。

（6）浇口位置的选择应注意塑件外观质量。浇口位置选择应满足塑件的使用要求，不影响塑件的使用，并注意塑件外表的美观。

5.5冷料穴的设计

喷嘴与低温达到模具相接触，使喷嘴前端有一小段冷料；当分流道较长时，前锋塑料长时间的低温的模具中流动，温度降低。这些冷料如果进入型腔，在制件上形成冷接缝（熔接痕），严重的造成充填困难。也可能在进入浇口时就将浇口堵塞。所以必须设计冷料穴。冷料穴的作用是储存冷料；保证开模后主流道和分流道能留在动模板上，以便于从模具中推出。其位置在主流道对面的动模板上，分流道的末端、两股熔料相会合的部位。冷料穴直径要大于主流道大端直径，以保证冷料能进入冷料穴；深度约为直径的1~1.5倍。

5.6成形零件工作尺寸及强度计算

模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷 ，脱模时与塑件间还发生摩擦。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，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐摩性能。 5.6.1成型零件结构设计 5.6.1.1 凹模

按结构不同分为整体式和组合式

整体式凹模由整块材料加工而成，其特点：牢固，使用中不易发生变形，不会使塑件产生拼接线痕接。但由于加工困难，热处理不方便，且型腔报废整块模板都报废。所以整体式凹模常用于形状简单的中、小模具上。

组合式凹模是指凹模由两个以上零件组合而成。按组合方式的不同，可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。

整体嵌入式凹模采用机械加工、冷挤压、电加工等方法加工制成，然后压入模板中，这种结构加工效率高，装拆方便，且型腔不能使用时模板还能再次利用。所以台灯底座模具采用此方式的凹模。

总之，采用组合式凹模，简化复杂凹模的加工工艺，减少了热处理变形，拼合处有间隙利于排气，便于模具维修，节省了贵重的模具钢。 5.6.2成形零件工作尺寸的计算

①凹模的尺寸： 径向尺寸 利用公式：LM0

z

[(1Scp)Ls()]0

z

式中 Ls——塑件的外形径向最大尺寸,mm；

LM——型腔的最小径向尺寸，mm；

——塑件的尺寸偏差，mm ;（按四级精度查取）

z——制造公差，因为台灯底座为小型塑件，则z=/3 转化公式为：[(1Scp)Ls()]0

z

LM0

Z

[(11.0055)360.60.26]0

0.0.087

36.040

0.087

[(11.0055)1140.60.50]0[(11.0055)8.50.60.16]0[(11.0055)690.60.38]0

0.167

113.5270

0.05

0.167

0.05

8.450

0.13

69.11402.4540

0.13

[(11.0055)2.50.50.12]0[(11.0055)40.60.14]0[(11.0055)60.60.14]0深度尺寸 利用公式:HM0

z

0.040.04

0.047

3.93805.9490

0.047

0.0470.047

[(1Scp)Ls()]0

z

式中 Hs——塑件的外形高度方向最大尺寸,mm；

HM——型腔的深度最小尺寸，mm；

转化公式为：[(1Scp)Ls()]0

z

HM0

z

[(10.0055)1200.60.5]0

0.17

120.36033.020

0.17

[(10.0055)330.60.26]0

0.090.09

[(10.0055)1410.620.62]0[(10.0055)1200.60.5]0

②凸模的尺寸： 径向尺寸

0.21

141.390

0.21

0.17

120.360

0.17

利用公式：LMZ[(1Scp)Ls(]Z 式中 Ls——塑件的内形径向最小尺寸,mm；

LM——型芯的最大径向尺寸，mm；

00

转化公式为：[(1Scp)Ls()]Z

LMZ

00

[(10.0055）200.60.22]0.0720.240.07

00

[(10.0055）20.60.12]0.042.080.04 00[(10.0055）15.60.60.20]0.0715.810.07 00[(10.0055）17.60.60.20]0.0717.820.07 00[(10.0055）64.60.70.38]0.1365.220.13 00[(10.0055）109.60.70.5]0.17110.550.17 00[(10.0055）31.60.60.26]0.0931.930.09 00[(10.0055）100.60.16]0.0510.150.05 00[(10.0055）80.60.16]0.058.140.05 00[(10.0055）30.60.12]0.043.090.04

[(10.0055）97.80.60.44]0.1598.600.15

00

00

[(10.0055）8.50.60.16]0.058.640.05 00[(10.0055）50.60.14]0.055.120.05 00[(10.0055）400.60.26]0.0940.380.09 00[(10.0055）1310.60.56]0.19132.070.19

深度尺寸

利用公式：HMZ[(1Scp)Hs(]0Z 式中 Hs——塑件的外形高度方向最大尺寸,mm；

HM——型腔的深度最小尺寸，mm；

转化公式为：[(1Scp)Hs()]Z

HMZ

00[(10.0055)117.80.60.5]0.17118.750.17 00[(10.0055)30.80.60.26]0.0931.130.09 00[(10.0055)138.80.60.56]0.19139.910.19 00[(10.0055)2.20.60.12]0.042.280.04

[(10.0055)80.60.16]0.058.140.05

00

00[(10.0055)70.60.16]0.057.130.05 00[(10.0055)160.60.20]0.0516.210.05 00[(10.0055）30.60.12]0.043.090.04 00[(10.0055)1310.60.56]0.19132.070.19 00[(10.0055)1.10.60.12]0.041.180.04

5.6.3成形零件的强度校核

查《塑料成型工艺与模具设计》表5-17，表见附录1

由型腔内壁短边b=69.12mm, 镶拼式型腔凹模壁厚11～12mm，模套壁厚28～35mm。

级科毕业设计论文

根据经验数据，模板取的比经验数据大点，强度一定能满足要求。所以镶拼式型腔凹模壁厚30mm,选用400×500mm的模架强度要求一定能满足。

5.7结构设计

5.7.1导向机构的设计

动、定模合拢后就构成了型腔，为了保证动定模合拢时的正确性，要设计动定模合拢时的导向机构——合模导向机构。

一的准确方位，从而保证型腔的正确形状；二是导向作用，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔而损坏；三是承受一定的侧压力，在成形过程中承受单向侧压力。导向机构主要由导柱和导套组成。 5.7.2推出机构的设计

塑件在模腔中成形以后，便可以从模具中取下，但在塑件从模具中取下以前，模具还必须完成一个将塑件从模腔中推出的动作，模具上完成这一动作的机构称为脱模推出机构。

一般情况下，推出塑件的动作在动模 上完成。在特殊情况下，也可在定模上设脱模机构。但因注射机的定模板一侧没有推出机构，故此时须采取特殊结构。

推出机构通常由三大部分组成，第一部分是直接作用在塑件上将塑件推出的零件称为推出零件；第二部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出动作的导向及合模时推出零件复位的零件。推出机构的设计原则是：应使塑件脱模时不发生变形或损伤塑件的外观；推力的分布依脱模阻力的大小要合理安排；推出机构的结构应力求简单，动作可靠，不发生误动作，合模时要正确复位。 5.7.3脱模力的计算

要将塑件从模具中推出，必须克服推出所遇到的阻力，因此塑件脱模时必须有一个足够大的脱模力。

脱模力计算公式：F1Ap(fcossin) F 1 ——脱模力，单位为N；

α ——型芯的脱模斜度，单位为（°）； A ——塑件包容型芯的面积，单位为m2;

f ——塑件对钢的摩擦系数，通常取为0.1～0.3；

p ——塑件对型芯的单位面积上的包紧力，模外冷却时p=（2.4～3.9）×107Pa, 模内冷却时p=(0.8～1.2)×107Pa。

此模具型芯的脱模斜度为51′（0.85°）,取f=0.2，塑件为模内冷却，取p=1×

107Pa。

因为模具型芯结构不规则，塑件包容型芯的面积只能近似计算。 A=（114×2+69×2）×120／2

=21960mm2 =2.196×10-2m2

则模具脱模力F=2.196×10-2×1×107×0.2×（cos0.85-sin0.85） =4.07×104N

5.8常用推出机构的设计

分析塑件，知其选用的推出零件是推杆，一共七根。但塑件因推出力太大，塑件表面有推出痕迹。

为了安全起见，在型腔最深处加两根推杆。现n=9。

L2F4

)近似计算 推杆直径由公式dK(nE

d——推杆的最小直径，mm; K——安全系数，可取K=1.5； L——推杆的长度，mm； F——脱模力，N； n——推杆数目；

E——钢材的弹性模量，Mpa。 查《机械设计手册》表1.1——14

45钢的弹性模量E=206Gpa 字典式台灯底座模具的推杆直径 d

6024.07104d1.5(

9206000

= 4.47mm

取d=8mm

则推杆的强度一定能满足。

5.9复位零件

此模具采用的是推板导柱加压缩弹簧的复位零件。 弹簧的选择计算：

弹簧的选择原则：弹簧的压缩量控制在弹簧自由长度的17%～40%。 即 17%L原 ≤L压≤40%L原

L原——弹簧的自由长度 L压——弹簧的压缩量

设推出机构推出的距离L1=28mm,压缩弹簧预压状态下的长度L2=108mm 则弹簧的自由长度可由不等式组计算：

L原L2

L原

0.17

L原（L2L1）

0.40

L原

①

130.12mm

由标准规格，弹簧只能选长度为125mm的，虽然与弹簧的选择原则不一

样，但可用。

5.10侧向分型与抽芯机构的设计

当塑件上有与开模方向不同的内侧或外侧有凹凸形状时，塑件就不能直接脱模。这样就要将成型与开模方向成一定角度的凹凸形状的零件，设计成可以活动的型芯。塑件成形后，先抽出活动的型芯，然后再推出塑件。完成活动型芯

则称为侧向分型机构。

5.10.1抽芯距的确定与抽芯力的计算 如图5-2、5-3所示：

的抽出、复位的机构称为侧向抽芯机构地方，如果活动型芯成型的是整个侧面

（1）抽芯距的确定 型芯的抽芯距s

一般按公式s=s0+(2～3)mm计算

式中 s0——型芯成型部分的深度，mm. 图5-2 s0= 7+2.2 =9.2 则 s=s0+(2～3)=9.2+3 =11.2mm 图5-3 s0= 2.2

则 s=s0+(2～3)=2.2+2

=4.2mm

（2）斜销的倾角α

斜销的倾角α是决定斜销抽芯机构工作效果的一个重要参数，它不仅决定了开模行程和斜销长度发，而且对斜销的受力状况有着重要的影响。

模行程等有关。斜导柱的侧斜角一般取为α=15°~20°。

图5-2需要的开模行程H H=Scotα

=11.2×cot18°=34.47 斜销的有效工作长度L

S sin11.2 = sin18

斜导柱侧斜角与抽芯距离、斜导柱的受力情况、斜导柱有效工作长度及开

L=

=36.24mm

图5-3需要的开模行程H H=Scotα

=4.2×cot18°=12.926 斜销的有效工作长度L

S sin4.2 = sin18

L=

=13.59mm

（3）抽芯力的计算公式同脱模力的一样。 图5-2侧型芯的A=72.215.647

=479.4mm2

则侧抽芯力F1=479.4×10-6×1×107×0.185

=886.89N

抽芯斜销所受的弯曲力Fw=F——侧抽芯力 α——斜销的倾斜角 则此斜销所受的弯曲力Fw=

886.89

=932.53N

cos18F

cos

图5-3 侧抽芯的 A=（3×2+8×2）×1.1×4+（11+5π）×2.2

=155.56mm2

则 侧抽芯力 F2=155.56×10-6×1×107×0.185

=287.86N

同上 此斜销的弯曲力Fw=

287.86

=302.67N

cos18

查《塑料成型加工与模具》 表9-1，9-2和《刀量模具设计简明手册》表

3-85，

取斜销1的直径d=15mm 斜销2的直径d=12mm 5.10.2压缩弹簧的选择

图5-2的弹簧由公式17%L原 ≤L压≤40%L原

L原52L原

0.17

L原40.8L原

0.40

得62.65mm

图5-3的弹簧由公式17%L原 ≤L压≤40%L原

L原23.4L原

0.17

L原20L原

0.40

得28.192mm

斜导柱侧向分型与抽芯机构是利用开模力，通过斜导柱带动侧向型芯完成分型或抽型的。

斜导柱的组成 斜导柱抽芯机构由五个部分组成，如图所视：用于开模后带动侧向型芯运动的斜导柱；用于安装侧型芯的滑块；用于控制侧向型芯滑块运动方向的压快；为了保证合模时斜导柱能顺利地插入滑块，在滑块脱离斜导柱时所设置的滑块定位装置。如果工作过程中，滑块不脱离斜导柱，就不需要设置滑块定位装置。

斜导柱抽芯机构的设计：斜导柱与滑块可以不配合，其间隙为（0.5~1）mm

或更大，可根据结构要求来定；也可采用较松的配合H11/b11.

滑块在导滑槽中的滑块必须平稳，不应发生卡滞、跳动等现象，常用的导滑形式及尺寸。滑块完成抽芯动作后，滑块流在导滑槽内的长度应大于滑块总长度的2/3。

楔紧块的作用：一是承受注射时的侧向推力，以减少斜导柱的受力；二是保证侧型芯准确复位。楔紧块的工作面是斜面，斜面的侧斜角称为锁紧角。如图所视，若楔紧块的锁紧角A等于斜导柱的侧斜角a ,则斜导柱无法带动滑块作抽拔动作。为了避免开模时楔紧块对斜滑块侧向抽芯的影响，故α′=α +（2°+3°）。

台灯底座模具的楔紧块的机构形式如图5-4所示：

5.11顺序脱模机构的设计

一般的是模具设计都尽可能使塑件留在动模一侧，但有时由于塑件形状特殊而不一定流在动模，或因某种特殊需要，模具在分型时必须先使定模分型，然后再使动模、定模分型，这两种情况均必须考虑在定模上设置脱模机构，称之顺序脱模或双脱模机构。

台灯底座模具的顺序脱模机构如图5-5所示：

ⅡⅠ

Ⅲ

5.12浇注系统凝料的脱出和自动脱落机构

为适应自动化生产的需要，希望塑件脱模后，浇注系统凝料能自动脱模。 所以台灯底座模具利用定模推板拉断点浇口凝料，结构如图5-6所示：

开模时，动模、定模先分型，点浇口在分型时被拉断，浇注系统凝料留在定模中，动模后退一定距离后，在拉板的作用下，分流道推板与定模型腔板分型，浇注系统凝料脱离分流道；继续开模，由于拉杆和导柱作用，使定模底板与分流道推板分型，在分型过程中，分别将浇注系统凝料从主流道及分流道拉杆上脱出。

5.13温度调节系统的设置

在注射成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不同。且温度调节系统包括：加热系统，冷却系统。

台灯底座的材料为ABS，这种材料的流动性一般，且一模一腔，

每次熔体注模量不大，所以只需冷却系统。 冷却系统的形式如图5-7：

这种冷却回路就是在型芯中间装有一个喷水管 冷却水从喷水管中喷出，分流后向四面流动以冷却型芯壁。对于中心浇口的单腔模具，这种方式的冷却效果很好，因为从喷水管喷出的冷却水直接冷却型芯壁温最高的部分。

且依据台灯底座模具内部结构和型芯截面积，设一组立管喷淋式冷却水道。即如图5-7。

冷却管道的简易计算： 设塑料单件的质量m=96.4g,

塑料的周期t=60s,

冷却水的进模温度T=20℃，出模温度T=27℃

水在模具内呈喷射状，模具的平均温度为60℃，模具宽度为400mm, 则冷却管道直径及所需冷却管道孔数可近似计算如下：

96.41036060

5.784kgh ①产量W=

60

②查《塑料成型加工与模具》表10-4得ABS塑料熔体的单位热流量

Q1=3.1×102～4.0×102kJkg 取Q1=3.5×102kJkg

则塑料制件在固化时每小时释放的热量Q Q=WQ1=5.784×53.5×102kJh

=2.02×103kJh ③求冷却水的体积流量

qv

WQ1

c1(12)

3



2.0210/601034.187(2720)

ρ

1.15103m3/min

式中qv——冷却介质的体积流量，m3/min;

W——单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量，kg/min; Q1————单位重量的塑件在凝固时所放出的热量，kJ/kg; ρ——冷却介质的密度，kg/m3; c1——冷却介质的比热容，kJ(kg℃）；

1——冷却介质出口温度，℃。

2——冷却介质进口温度，℃。

④求冷却管道直径d

查《塑料成型加工与模具》表10-1，无值可查，但字典式台灯底座模具的冷

却形式是喷淋式的，取冷却管道直径d=6mm。 ⑤求冷却水在管道内的流速ν

4qv41.15103

20.68m/s2

d3.14(6/1000)60

式中 ν——冷却介质的流速，m/s; qv——冷却介质的体积流量，m3/s; d——冷却管道的直径，m。

⑥求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数h

查《塑料成型加工与模具》表10-5，取f=7.22(水温为30℃时)，

f()0.8

由式 h=4.187

d0.2

7.22(0.9961030.68)0.8

=4.187 0.2

(6/1000) ≈1.549104kJ/(m2h℃） f——与冷却介质温度有关的物理系数； ρ——冷却介质在一定温度下的密度，kg/m3; υ——冷却介质在圆管中的流速，m/s; d——冷却管道的直径，m。 ⑦求冷却管道总传热面积A 由式 A=

60WQ1

ht

602.02103/60

=

1.54910460(2720)/2 =0.00357m2

式中 h——冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数，kJ/(m2h℃）；

——模具与冷却介质温度之间的平均温差，℃。

⑧求模具上应开设的冷却管道的孔数n n= =

A

DL

0.00357

3.14(6/1000)(400/1000)

≈0.473

式中 L——冷却管道开设方向上模具长度或宽度，m.。 则采用d=6mm的冷却水管道一根。

6.确定模架和注射机

6.1模架

考虑模具结构和强度，与模架配合的注塑机等因素，所选模架为400×500mm。

6.2注射机

考虑注射机的最高装模高度和注射机每次的注射量。

塑件的重量m=96.4g，注塑机每次的注射量为其注射容量的20%～80%，

即20%m熔≤m注≤80% m熔

所选注射机的型号为XS-ZY-1000。

附录 1 侧型芯及定位装置

附录 2 抽去定模底板和定模型腔板

附录 3 附录 4

侧型芯及定位装置

型芯

附录 5 装配体

结 论

几个月来，在导师的悉心指导下，我有很多收获：

1. 学会分析塑件，考虑模具的生产效率等因素来改进塑件结构；考虑塑件的材料ABS，其流动性、选择模具浇口的形式；考虑熔体流动时的阻力因素，确定模具浇口位置；考虑到点浇口凝料与塑件不在同一分型面上，利用分流道推板拉断点浇口；考虑到型芯高度大，模具采用喷流式冷却法；考虑到ABS树脂比较硬，塑件

级科毕业设计论文

底部不能采取强制性脱模，而模具型芯内部推杆孔比较多，又不能采取斜滑块内侧分型与抽芯机构，最后采用了斜销侧向分型与抽芯机构；考虑到模具的加工工艺，型芯中难加工的部分都分成镶块。

2. 巩固了几种三维CAD/CAM软件，如对Pro/E软件有了更深的了解，现在能熟练利用Pro/E软件对各种塑料制品开模设计，也能比较熟练的利用CAD软件。

3. 对许多常识性知识有了比较深的了解，如45钢调质处理能达到28～32HRC，而要达到44～48HRC的硬度可通过淬火处理等。 还不能解决的问题：

1. 不能将Pro/E的三维装配体图生成所需要的二维图，不能在Pro/E环境中标注二维零件图。

2. 对模具材料的使用把握不准确，材料的热处理不太明确。

致 谢

本课题是在导师康志军讲师的悉心指导下完成的。学习期间，这位导师以其渊博的知识、严谨的治学态度和宝贵的经验给予我启迪，使我终生收益。他不但使我在学业上收益匪浅，而且使我懂得如何更好地做人处事，并激励着我在今后的学业和工作中不畏困难，不断前进。在此向康老师表示崇高的敬意和忠心的感谢！并祝康老师身体健康，工作顺利。

感谢吴彦农、郑良红老师在我毕业设计期间给予我Pro/E、AutoCAD方面的指导。

感谢卓荣明老师对我模具设计方面的指导！

感谢机械系的其他老师们！

向给予我关心和帮助的各级领导、老师、同学和朋友致谢！

对本设计的评阅老师表示感谢！

参 考 文 献

1 张中元. 塑料成型工艺与模具设计. 北京：航空工业出版社

2 《塑料模具设计手册》编写组. 塑料模具设计手册. 北京：机械工业出版社 3 模具标准选编组. 模具标准汇编. 北京：中国标准出版社

4 徐进. 模具材料应用手册. 北京：机械工业出版社

5 王树勋. 典型注塑模具结构图册. 广东：中南工业大学出版社

6 黄圣杰. Pro/ENGINEER 2001 高级开发实例. 北京：电子工业出版社 7 初利宝. Pro/ENGNEER 模具设计. 北京：北京大学出版

8 黄虹.塑料成型加工与模具.北京：化学工业出版社

9 谭雪松.Pro/ENGINEER 2001.北京：人民邮电出版社

10 [德]E.林纳 P.恩格.注射成型模具设计108例（第二版）.北京：中国轻工业出版社

11 戴向国等.Pro/ENGINEER入门与提高.北京：人民邮电出版社

12 张克惠.塑料材料学.西安：西北工业大学出版社

13 王文广等.塑料注射模具设计技巧与实例.北京：化学工业出版社

14 [德]N.拉奥 [美]K.奥布赖恩.塑料工程师设计数据手册.北京：化学工业出版社 15 宋满仓等.注塑模具设计与制造实践.北京：机械工业出版社

16 叶伟昌.刀量模具设计简明手册.机械工业出版社

17 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.高等教育出版社

18 陈权，刘树春.中国建材工业出版社

19 唐志玉.大型注塑模具设计技术原理与应用.化学工业出版