盒盖的塑料成型与模具设计

编号
淮安信息职业技术学院
毕业论文
题目盒盖的塑料成型与模具设计
学生姓名
学号24093038
系部机电工程系
专业模具设计设计与制造
班级240930
指导教师张锦萍
顾问教师周九州
二〇一二年六月
摘要
摘要
本课题主要是针对盒盖的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。

该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。

针对盒盖的具体结构，该模具是点浇口的双分型面注射模具，由于塑件内侧有四个小凸台，所以选择斜推杆脱模结构。

其优点在于简化机构，模具动作稳定，并且使模具外形缩小，大大降低了模具的制造成本。

通过模具设计过程表明该模具能达到盒盖的质量和加工工艺要求。

关键词塑料模具盒盖斜推杆
目录
目录
摘要............................................................................................................................ I I 第一章绪论. (1)
1.1模具发展的意义 (1)
1.2中国模具发展前景 (1)
1.3模具发展的方向 (2)
1.4本课题的意义和目的及关键问题 (2)
第二章产品技术要求和工艺分析 (5)
2.1产品技术要求 (5)
2.2塑件的工艺分析 (5)
2.3塑件材质工艺性 (6)
第三章模具结构及分型过程 (9)
3.1型腔排列方式、模具结构形式的确定 (9)
3.2模具总体结构图分析 (9)
3.3模具分型原理及运行特点 ................................................. 错误！未定义书签。

3.4.主流道设计 ........................................................................ 错误！未定义书签。

第四章注塑机的选择及成型零件的设计.. (11)
4.1注塑机的选择 (11)
4.1.1盒盖体积的计算 (11)
4.1.2盒盖体积的计算 (11)
4.1.3塑料注射机参数 (11)
4.1.4选择模架 (12)
4.2浇口套的设计 (12)
4.3模具成型部分的结构设计 (13)
4.3.1成型结构特点 (14)
4.3.2尺寸计算 (14)
第五章模具的安装调试及维护 (17)
5.1模具安装 (17)
5.2调试 (17)
第六章总结与展望 (19)
致谢 (20)
参考文献 (21)
第一章绪论
第一章绪论
1.1模具发展的意义
模具是制造业的重要基础装备，它是“无以伦比的效益放大器”。

没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，正因为模具的重要性及其在国民经济中重要地位，因此自1998年3月国务院颁布了《当前产业政策要点的决定》以来，模具工业一直被提到很高的位置，国家也给予了一些鼓励和扶持政策。

在国家支持下，虽然我国模具产值已是世界第三，但总体水平仍要比工业发达国家落后许多，模具工业在我国仍旧还是幼稚工业，模具进出口逆差每年超过10亿美元，随着我国加入WTO，模具出口前景越来越好，我国模具工业还需发展得更快一些，才能适应形势的发展。

塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展应运而生的，目前塑料制件几乎与进入一却工业部门及人民日常生活的各个领域。

随着塑料的生产及应用的扩大，塑料成型工艺得到逐步发展，相继产生了注射模、压缩模、压注模、挤出模、气动成型模、泡沫塑料成型模、浇注成型模、滚塑成型模、压延成型模、拉丝成型模等成型加工方法，塑料成型工艺正向着高速、高效、自动化的方向发展。

塑料产量的提高和应用领域的扩大，也促进了成型设备和模具的不断发展。

塑料成型设备向着大型化、微型化、高速化、自动化、精密化方向发展，同时也在成型设备和模具设计及制造上引进了CAD/CAM/CAE/Por-E等先进技术。

塑料成型的应用已涉及到国民经济和人民生活中的各个方面，如仪表、机械制造、汽车、家用电器、化工、建材、医疗卫生、农业、军事、航天和原子能工业中，塑料已经成为金属的良好代用材料，出现了金属零件塑料化的趋势。

塑料制件之所以能够在工业生产中得到广泛应用，是由于它们本身有的一系列特殊优点所决定的。

塑料密度小、质量轻。

目前，在工业发达的国家，如日本、韩国等国家，其生产塑料模与生产冲压模的企业数量差不多相等；而在新加坡等国家，其生产塑料模的企业数量与大大的超过冲压模的企业。

我国香港也深圳等地区，其模具工业主要从事塑料模具的制造与与塑料制件生产。

我国地膜、棚模等覆盖面积已位居世界首位。

包装用塑料制品已达100多万t。

各种塑料编织袋达50亿条，为世界之最。

综合上述，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响显得日益重要。

1.2中国模具发展前景
“目前，欧洲模具业已越来越感受到来自中国同行所带来的影响和压力，预计到2018年，中国将一跃成为全球最大的模具制造业基地之一。

”德国亚琛工业大学的亚力山大教授日前在宁海考察该地模具制造业基地时发出这样的感叹。

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据相关研究部门调查得知，欧洲模具设计和生产的时间要分别比中国快44％和61％左右，但中国模具设计和生产的成本却只有欧洲同行的91％，因为中国的劳动力成本低廉，对部分国外客户有着很强的吸引力。

同时，欧洲及世界各国之间的模具竞争也相应加剧，像德国近两年半内的模具整体价格就下降了25％左右。

据统计,前些年全球58％的模具是由德国等西欧国家生产，中国等亚洲国家的比例只占到1％，但今后东欧国家的模具将会有较大幅度的增长，而亚洲国家的生产比例将提高至22％左右。

这位教授高兴地说,鉴于中国廉价劳动力成本的优势和整体经济持续快速发展的良好势头，中国模具发展的前景将十分广阔。

因为中国的市场过早地陷入了价格战的误区,还缺乏自主创新的能力，没有相应地建立起诚信可靠的市场体系,特别是有65％的欧洲客户觉得中国模具的价格虽低但质量不好。

一种比较理想的解决方法是，加强中欧双方的合作,由欧洲国家出订单和图纸，中国模具企业具体负责完成设计及加工制作，并在此过程中不断学习欧洲先进的技术及管理理念,加快工业化的改造，努力提高企业自身的核心优势和竞争力。

如在提高客户满意度方面，企业除了在价格低廉上做文章外，更重要的是要求交货时间短，产品质量好，诚信度高，尽可能让他们了解产品的研发、设计及生产的全过程企业要明确自己的主攻方向,加强相互之间的合作,及时有效地对客户的需求作出反应。

1.3模具发展的方向
模具标准化是发展模具生产技术的关键，包括模具设计、制造、材料、验收和使用等方面，是开展模具计算机CAD/CAM/CAE的前提。

国外塑料模标准化程度很高，从材料、品种、规格、结构、精度及验收等都实现了标准化，而且还建立了模具标准结构典型组合。

标准化是专业化生产的重要前提，也是提高劳动生产率，提高技术水平，提高产品质量，降低产品成本及改善劳动组织的最重要条件之一。

模具的标准化程度越高，专业化生产越强，因而模具生产周期越短，生产成本越低，模具质量越高；同时模具设计简化，交货期限缩短，产品更新换代迅速。

我国结合实际情况，已指定出了塑料模国家标准，塑料模专业化生产工厂可提供标准件和标准模架，这些为简化设计，缩短制模周期，提高产品质量，提供了保证。

1.4本课题的意义和目的及关键问题
注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

本次毕业设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。

也就是设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。

在设计过程中，
第一章绪论
通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识，会使我们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、排气系统、模温调节系统）有系统的认识，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。

本课题的关键问题
（1）所设计的模具应当制造工艺性良好，造价便宜。

（2）充分利用塑件成型优良的的特点，尽量减少后加工。

（3）设计的模具应当能高效、优质、安全可靠地生产，且模具使用寿命长
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第二章产品技术要求和工艺分析
第二章产品技术要求和工艺分析
2.1产品技术要求
产品设计图（图2-1、图2-2）
图2-1
图2-2
塑料零件的材料为PE(聚乙烯)乳白色，其表面要求无凹痕。

此塑件上有三个尺寸有精度要求：零件上有多个尺寸有精度要求，分别是：
68.2+0.15 为MT1精度要求高, 5.2+0.22 , 66+0.52 均为MT5级塑料精度，属于中等精度等级，在模具设计和制造过程中要严格保证这些尺寸的精度要求。

其余尺寸均无精度要求为自由尺寸，可按MT7级精度查取公差值。

2.2塑件的工艺分析
塑件结构工艺性
盒盖尺寸见图一、图二整体尺寸70.6mm×51.6mm，外部与内部大体形状一样，内部存在四个凸台，盒盖属于外部配件，表面精度要求较高，尺寸精度要求不高。

塑件工艺性分析：
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(1) 该塑件尺寸较大且要求塑件表面精度等级较高，无凹痕。

采用点浇口流道的双分型面型腔注射模可以保证其表面精度。

(2) 该塑件内侧存在四个凸台，结构比较复杂，选择斜推杆脱模结构来简化模具结构，降低成本。

2.3塑件材质工艺性
此盒盖是采用 PE(聚乙烯)注塑成的。

查相关手册可知
聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。

按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。

低压聚乙烯比较硬、耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。

聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。

聚乙烯有一定的机械强度，但和其他塑料相比其机械强度低，表面硬度差。

聚乙烯有高度的耐水性。

聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。

低压聚乙烯的使用温度为100℃左右。

聚乙烯耐寒，在-60℃时仍有较好的机械性能，-70℃时仍有一定的柔软性。

聚乙烯加工特性
(1)结晶料、吸湿性小
(2)流动性极好、溢边值0.02mm左右。

流动性对压力变化敏感。

(3)可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。

(4)加热时间过长则发生分解、烧焦。

(5)冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设冷料穴，模具应有冷却系
统。

(6)收缩率范围大，收缩值大，取向性明显，易变形、翘曲。

结晶度
及模具冷却条件对收缩率影响大应控制模温，保持冷却均匀、稳定。

(7)宜高压低温注射。

料温均匀，填充速度应快，保压充分。

(8)不宜用直接进料口，易增大内应力或产生收缩不匀，取向性明显，
变形增大，应注意选择进料口位置与数量，防止产生缩孔，翘曲变形。

(9)质软易脱模，塑件有浅的侧凹槽可强行脱模。

第二章产品技术要求和工艺分析
2.4 PE成型条件
表1-1 成型条件
注射成型机类型柱塞式
密度（g/cm3）0.94~0.96
计算收缩率（%） 1.5~3.6
预热温度70~80
时间1~2
料筒温度℃后段140~160
中段——
前段170~200
模具温度℃60~70
注射压力60~100
成型时间注射时间15~60
高压时间0~3
冷却时间15~60
总周期40~130
高压聚乙烯成形条件除模温宜35~55℃外其他均相似。

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第三章模具结构及分型过程
第三章模具结构及分型过程
3.1型腔排列方式、模具结构形式的确定
方案一：单型腔单分型面模具
方案二：单型腔多分型面模具
方案三：多型腔单分型面或多型腔多分型面模具
比较以上方案：
方案一：大中型塑件或带有侧向分型与抽芯（几个方向分型或抽芯）、且抽芯机构在动模时的小型精密塑件采用此结构。

方案二：塑件外观质量、尺寸精度要求高而采用点浇口时，可采用此结构。

方案三：尺寸精度要求一般的中小型塑件可采用此结构。

我们的零件带有四个内凸块，所以模具带有多方向的侧向抽芯结构，并选择点浇口结构。

经过个方案适宜类型的比较，最终选择单分型腔双分型面结构。

3.2模具总体结构图分析
ⅠⅠ
ⅡⅡ
模具剖视图
3.3 模具分模原理及结构特点
该模具成型塑件四边具有内侧凸。

模具采用顺序分型脱出点浇口流道凝料，斜推杆顶出塑件。

模具结构紧凑，动作可靠。

动作过程：开模时弹簧15的作用，模具沿Ⅰ—Ⅰ面分型，退出流道凝料。

当限位钉12拉住定模型腔板13时，模具沿Ⅱ—Ⅱ面动、定模分型。

塑件留于动
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模边。

注射机顶杆推动推板2时，斜推杆3斜向中心前移，推出塑件。

斜推杆3同时在滑座6内横行移动。

通过滑座，由复位杆1迫使斜推杆复位。

3.4 浇注系统的设计
浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。

浇注系统控制着塑件成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。

浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。

普通模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成
主流道与喷嘴的接触处多作成半球形的凹坑。

二者应严密接触以避免高压塑料的溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1-2mm；主流道小端直径应比喷嘴孔直径约大0.5-1mm，常取Ф4-8mm，视制品大小及补料要求决定。

大端直径应比分流道深度大1.5mm以上，其锥角不宜过大，一般取2°～6°。

浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。

鉴于盒盖的具体结构，选择点浇口。

对于设计的盒盖，由于其内形状虽然规则但较复杂，故宜采用双分型面点浇口，在安排型腔时，最好采用一模一腔的形式，以方便节约产品的成本，简化机构。

设计的盒盖注塑模具的浇注系统结构分布及尺寸如下图3-2所
图3-2 点浇口示意图
第四章注塑机的选择及成型零件的设计
第四章注塑机的选择及成型零件的设计
4.1注塑机的选择
本次设计与实际在工厂中的设计有所不同。

工厂中的注塑机是已有固定的，模具设计人员通常都是根据车间内的注塑机来确定最大的之间产量，即是说厂中的注塑机选择是有限的。

而在本次设计中，我们选择注塑即的原则是按我们想象中的产品产量和实际的塑件形状来选择任何一款注塑机。

4.1.1盒盖体积的计算
根据盒盖的三维模型，利用三维软件直接可查询到可得出盒盖体积
V盒盖= 4.67 cm3
4.1.2盒盖体积的计算
查《模具设计与制造简明手册》P.276.表2-2常用热塑性塑料主要技术指标可知PE的密度为0.91～0.96g/cm3,计算可得盒盖的质量
=4.67cm3×0.935g/cm3≈4.37g
满足注射量V机≥V塑件/0.8
式中
V机——额定注射量（cm3）V塑件——塑件与浇注系统凝料体积和（cm3）V塑件=4.67/0.8=4.84 cm3
4.1.3塑料注射机参数
查《模具设计与制造简明手册》P.103.表2-33热塑性塑料注射机型号和主要技术规格，根据（2）计算所得的总体积和质量可初选XS-ZS-22机。

塑料注射机参数的规格见表-2
型号：SZ－25/25
主要参数：
表2：注射机参数
理论注射容量25cm3
螺杆直径20mm
注射压力150MPa
锁模力250kN
拉杆内间距205mm
移模行程160mm
最大模具厚度160mm
最小模具厚度130mm
喷嘴定位孔直径10mm
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4.1.4选择模架
模架是注射模的骨架和基体。

根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。

模架规格为160×200、定模板厚度为：A=30mm、动模板厚度为：B=30mm、模具厚度为：32+15+8+12+20+25+70+32=214mm、模具外型尺寸为：160㎜×200㎜×214mm由于本设计中采用推料板进行卸料，且有顶杆顶出机构，所以选择A1型模架，基本框架如下
图 A—1
根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。

模架规格为160×160
定模板厚度为：A=25.4㎜（非标准）
动模板厚度为：B=32㎜
支架高度为：H=70㎜（非标准）
模具厚度为：16+25.4+32+70=143.4
模具外型尺寸为：160㎜×160㎜×143.4㎜
4.2浇口套的设计
主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+0.5~1。

这样便于喷嘴和主流道能同轴对准，也能使的主流道凝料顺利拖出。

主流道球半径：主流道入口凹球半径应大于注射机喷嘴球头半径的2~3mm 反之两者不能很好的贴合，会让塑件熔体反喷，出现益变使脱落困难。

主流道长度L一般按板厚度确定，但为了减小冲模时压力降和减少废料损耗，以短为好。

小模具控制在50之内在出现过长留到时可以将主流道衬套挖去让喷嘴深入模具。

具体尺寸计算：
=10+1=11㎜
D=d+1=3.5㎜
第四章注塑机的选择及成型零件的设计
α=3°
L1=26㎜
L2=26-16=10㎜
浇口套结构及尺寸图
图4-1 浇口套
4.3模具成型部分的结构设计
型腔是模具上直接成型塑料制件的部位。

直接构成模具型腔的所有零件的所有零件都称为成型零件，通常包括：凹模、凸模、成型杆、各种型腔镶件等。

如图4-2、4-3 成型零件结构图
图4-2 凹模结构示意图
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图4-3 凸模结构示意图
4.3.1成型结构特点
鉴于盒盖的特殊结构，盒盖注塑模具的成型零件包括：动模型芯、定模型芯、斜推杆。

这样选择的原因在于：盒盖的外形状虽然规则，但内部较复杂。

因此，宜采用斜推杆结构，用四个斜推杆来形成内部的凸台结构。

斜推杆顶部与凸模形成部分壳体和内凸台的型腔。

这样的好处在于：可以避免复杂的结构来形成四个小的凸台，又可以在成型之后起到脱模的作用。

4.3.2成型零件的工作尺寸计算
影响塑件尺寸精度的因素较为复杂，主要存在以下几方面
（1）、零件的制造公差；
（2）、设计时所估计的收缩率和实际收缩率之间的差异和生产制品时收缩率波动；
（3）、模具使用过程中的磨损。

以上三方面的影响表述如下：
1、制造误差：△z=a•i=a(0.45 +0.001D)
其中， D —被加工零件的尺寸，可被视为被加工模具零件的成型尺寸；
△z —成型零件的制造公差值；
i —公差单位；
a —精度系数，对模具制造最常用的精度等级。

成型收缩率波动影响
其中，—塑件成型收缩率；LM —模具成型尺寸；LS —塑件对应尺寸。

型腔磨损对尺寸的影响
为简便计算，凡与脱模方向垂直的面不考虑磨损量，与脱模方向平行的面才考虑磨损。

考虑磨损主要从模具的使用寿命来选定，磨损值随产量的增加而增大；此外，还应考虑塑料对钢材的磨损情况；同时还应考虑模具材料的耐模性及热处理情况，型腔表面是否镀铬、氮化等。

有资料介绍，中小型模具的最大磨损量可取塑件总误差的1/6（常取0.02～0.05mm），而对于大的模具则应取1/6以下。

但实际上对于聚烯烃（如像PP）、尼龙等塑料来说对模具的磨损是很小的，对小型塑件来说，成型零件磨损量对塑件的总误差有一定的影响，而对于大的塑件来说影响很小。

在以上理论基础上，下面按平均收缩率来计算成型尺寸
查得聚乙烯（PP）的收缩率为Sq=（1.5~3.6）%,所以，平均收缩率为：Scp=2%考虑到实际的模具制造条件和工件的实际要求，成型零件是公差等级取IT7级。

型腔工作部位尺寸：型腔径向尺寸：Lm =[（1+s）Ls-XΔ] 型腔深度尺寸：Hm =[（1+s）Hs-XΔ]
第四章注塑机的选择及成型零件的设计
型芯径向尺寸：lm =[（1+s）Ls+XΔ]
型芯高度尺寸：hm =[（1+s）hs+XΔ]
式中Ls –塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）ls –塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）Hs –塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）hs –塑件内型深度基本尺寸的最小尺寸（mm）X - 修正系数取0.5～0.75 △- 塑件公差δz- 模具制造公差一般取（1/3～1/4）△
具体计算如下：
图4-4 成型面尺寸
①定模型腔尺寸计算
L1 =[（1+0.02）×70.6]=72
L2 =[（1+0.02）×57]=58.1
H1 =[（1+0.02）×10.2]=10.4
H2 =[（1+0.02）×5.2]=5.3
②动模型芯尺寸计算
l1 =[（1+0.02）×68.2+0.5×0.15]=
l2 =[（1+0.02）×57]=58.14
h1 =[（1+0.02）×9]=9.18
h2 =[（1+0.02）×5.2]=5.3
③斜推杆尺寸计算如图所示
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图4-5 斜推杆
H 高=101-24-7+5=75
L腔=L凸=10
L宽=16
4.4注塑机校核
开模行程校核
Smax =Sk-Hm≥H1+H2+(5～10)
Smax =160≥9.2+10.2+44+(5～10)
所以所选择注塑机符合要求。

第五章模具安装调试及维护
第五章模具的安装调试及维护
5.1模具安装
（1）、清理模板平面定位孔及模具安装表面上的污物、毛刺；（2）、因模具的外形尺寸不大，故采用整体安装法。

先在机器下面的两根导轨上垫好板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平稳，灵活，无卡住现象，然后固定动模；（3）、调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当；（4）、慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。

开闭模具观察顶出机构的运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。

（5）、模具装好后，待料筒及喷嘴温度上升到距离预定温度20º～30º，即可校正喷嘴浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧注射模座定位螺钉，紧固定位。

5.2调试
试模时，塑件上常可能会出现各种弊病，为此必须进行原因分析，排除故障。

造成次、废品的原因是很多的，有时是单一的，但经常是多方面的综合原因。

需按照成型条件、成型设备、模具结构及制造精度、塑件结构及形状等因素逐个分析找出其中的主要矛盾，然后再采取调节成型工艺参数、修整模具等方法加以解决。

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第六章总结与展望
第六章总结与展望
本次毕业设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。

设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。

本设计选用双分型面点浇口和斜推杆结构，优点在与简化了机构，降低了模具的制造成本，并且保证了模具动作的稳定性。

这个模具还可以选择镶块结构来完成零件内凸台的成型
针对盒盖的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识，了解了更多具有微妙作用的模具结构。

在这次设计过程中，我掌握了注塑模具涉及的方法与步骤及制造。

如计算、查阅设计资料和手册、绘图、熟悉标准和规范，提高了自己的设计能力，认识自我所学的知识在实际中的应用，对模具产品设计开发有了一定的了解，在大脑里形成一个比较系统化的概念。

通过这次实践，培养了我们实际动手的能力，将我们所学的课程与实际生产有机地结合起来，巩固所学的专业知识，从而真正掌握计算机辅助模具设计制造的技能。

突出了自己的长处，也发现了自己的不足，使我在以后的学习工作中扬长避短。