盒形件注塑模具设计

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盒形件注塑模具设计
摘要：本课题针对盒形件进行该产品的模具设计，通过对塑件进行工艺分析和比较，最终设计出一副注塑模。

从产品结构工艺性和模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、分型面的选择、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核都有详细的分析设计说明。

通过完成该课题设计，熟悉了塑料模具设计的一般方法和流程，较好的完成了任务，实现了无纸化设计。

前言
我国加入世贸组织（WTO）后，将获得一个更加稳定的国际经贸环境，从而有利于我国与各国、各地区的经济贸易合作，有利于世界经济的稳定发展，我国的利用外资领域将进一步扩大，国内和国外模具企业都可以从中得到更多的机会和收益。

由于国内某些模具在技术上和质量上与国外先进水平存在着较大的差距，使短期内国内模具难以与国外先进模具的抗衡。

这对我国模具产业将产生一定的冲击。

另一方面也促进国内行业优化资源配置、调整经济结构、提高社会劳动效率，促使企业苦练内功，提高管理水平。

应该清醒地认识到竞争才会带来更快的发展．只要发挥自身优势，减少技术差距，我国的模具必将逐步占领国内市场，并拓展国际空间。

塑料模是应用最广泛的一类模具。

在国外，塑料模占模具行业的50%以上，而我国只有30%左右，因而有较大的发展空间。

近年来，我国塑料模有长足的进步。

但模具制造周期仍比国外长2-4倍，模具的质量稳定性较差，总体水平与国外比尚有较大差距。

而塑料模的主要应用领域：汽车摩托车行业，家电电子行业在加入WTO后将会有更多的新产品开发，对各个档次的模具需求均有大幅增长。

总体来说，塑料模将是发展最快的一类模具。

加入WTO之后，模具企业将在开放的环境中与国外的企业在同一市场上展开竞争。

模具企业必须做到以下几项，才能在激烈的竞争获得一席之地：
1．加强吸收和引进国外先进技术，尽量提高产品的技术含量。

2．提高管理水平，抓好模具的质量，提高生产率，保证模具准确的交货期。

3．增加科技术方面的投入，加强人才培养，提高职工的工作积极性。

4．做好模具的售后服务，建立长期稳定的客户关系。

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。

在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。

可见模具工业在国民经济中重要地位。

我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。

近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。

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塑料方盒注塑模具的设计。

也就是设计一副注塑模具来生产塑件方盒产品，以实现自动化生产，提高产品质量。

针对方盒的具体结构，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。

同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，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、排气系统、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。

摘要
塑料模具在当今社会越来越广泛的应用，从电脑、手机、饮料、台灯、水笔、水盆等方面应用极其广泛。

注射成型是成型热塑件的主要方法，因此应用范围很广。

注射成型是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

本课题主要是针对盒形件的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注射模。

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、注射机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。

依据产品的数量和塑料的工艺性能确定了以单分型面注射模的方式进行设计。

模具的型腔采用一模四腔平衡布置，浇注系统采用矩形侧浇口进料成型，推出形式为推杆推出机构和斜顶机构完成塑件的推出。

由于塑件内侧有两锁扣，故采用斜顶机构成型。

且模具要成型较小孔，为使制造、保养方便，分别在凹、凸模中采用成型杆活动嵌件。

注射模中有冷却系统，排气系统可以通过间隙代替所以不设排气系统。

关键词：塑料；注射成型；模具设计；
Abstract
Plastic mold is a wide range of applications growing in today's society, from computers, mobile phones, beverages, table lamp, Kandelia, basins, such as a wide range of applications. Injection molding is the primary means of forming thermoplastic, so a wide range of applications. Plastic injection molding means the material is heated in Add melted cylinder to become high viscosity of the fluid, the plunger or screw used as a pressure tool to melt through the nozzle into the mold to a higher pressure in the cavity, after cooling, solidification stage, and then emerge from the mold and become plastic.The main content of this topics is the mold design of the cover. , through the process of plastic parts for analysis and comparison, finally design an injection mold。

The product mix from technology issues, and specific mold structure of the casting mold system, mold forming part , push out system, cooling system, the choice of injection molding machine and related calibration parameters, a detailed design. Based on the number of products and plastic properties of the process identified a single injection mold surface design approach.Based on the number of products and plastic properties of the process identified a single injection mold surface design approach. Mold using a mold cavity a balanced four-chamber arrangement, the use of gating system into the metal forming the side gate, the introduction of form and beauty to launch putt to complete the introduction of plastic parts. Injection mold in the cooling system, exhaust system can be set up so there is no space to replace the exhaust system.
Keywords: plastic, injection molding, mold
design;
目录
第一章塑料制品及工艺分析
一、制件图 (1)
二、塑件的工艺分析 (1)
三、塑件材质工艺性 (2)
四、注射成型工艺参数 (3)
第二章确定注塑机类型
一、注塑机的初选 (4)
二、选择注射机 (4)
第三章模具结构分析与设计
一、结构分析 (5)
二、模具零部件设计 (6)
第四章设计计算
一、成型零件的尺寸的计算 (10)
二、冷却系统水管孔径的计算 (10)
三、浇注系统尺寸的计算 (11)
四、型腔的计算 (11)
五、脱模机构相关计算 (12)
六、模架的确定 (13)
七、抽芯机构的相关计算 (13)
第五章模具设计总结 (14)
参考文献 (15)
第一章塑料制品及工艺分析
一、制件图
二、塑件的工艺分析
1．塑件结构工艺性
塑料零件的材料为PC(聚碳酸酯)无色透明，其表面要求无凹痕。

其余尺寸均无精度要求为自由尺寸，可按GB-T14486-1993MT6级精度查取公差值。

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

采用侧浇口流道的单分型面型腔注射模可以保证其表面精度。

(2) 该塑件为中小批量生产，且塑件的形状较复杂。

为了加工和热处理，降低成本，该塑件采用一模二腔，简化结构，降低模具的成本。

三、塑件材质工艺性
表1-1 塑件工艺特性
四、PC注射成型工艺参数
表1-2 塑件工艺参数
第二章 确定注塑机类型
一、注塑机的初选
1．注射量的计算塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及锁模力的大小计算 通过计算塑件质量g V M 64.22.22.111=⨯==ρ流道凝料的质量2m 按塑件质量的0.6倍来估算。

从上述确定的一模两腔，所以注射量为
M=1.6nm 1=1.6×2×2.64=8.45g
流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积2A ，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，2A 是每个塑件在分型面上的投影面积1A 的0.2倍—0.5倍，因此可以用 A=nA 1+A 2=1.35nA 1=2.7A 1
A 1=28.8*12.5=360mm 2
代入得 A=2.7A=2.7×360=972mm 2
F m =Ap 型=972×30=29kN
式中P 取30Mpa ，因为材料PE 有精度要求。

二、选择注射机
根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值可以选择SZ-60/450卧式注射机，详见下表
注射机有关参数的校核
a ）由料筒塑化速率校核模具的型腔数n 。

N ≤
(kMt/3600-m 2)/m 1=(0.8X5.6X30X3600/3600-0.6X2X2.64)/2.64=49.7≥2
型腔数校核合格
式中：
K 是注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8； M 是注射机的额定塑化量（5.6g/s ） T 是成型周期，取30s
（注射压力的校核。

MPa p k p e 1301003.10/=⨯=≥而e p =170MPa 注射压力合格
式中：/k 取1.3 0p 取100MPa （属薄壁窄浇口）。

b ）锁模力校核。

F ≥Kap 型=1.2×29=34.8kN,而F=450kN,锁模力校核合格。

其他安装尺寸的校核要在模架选定，结构尺寸确定后才可进行。

第三章模具结构分析与设计
一、结构分析
1．型腔数目的确定
制件为中小批量生产，故采用一模二腔。

其优点：
(1) 塑料制件的形状和尺寸一致性好；
(2) 成型的工艺条件容易控制；
(3) 模具结构简单紧凑；
(4) 模具制造成本低，制造周期短。

2．分型面位置的确定
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。

由于分型面受到塑件在模具中
的成型位置、注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。

选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
(1) 保证塑料制品能够脱模；
(2) 使型腔深度最浅；
(3) 使塑件外形美观，容易清理；
(4) 尽量避免侧向抽芯；
(5) 使分型面容易加工；
(6) 使侧向抽芯尽量短；
(7) 有利于排气。

综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。

当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。

二、模具零部件设计
1．型腔的结构和固定方式
型腔采用整体式结构，其优点：结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量较好。

2．浇注系统的确定
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。

(1) 主流道的设计
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Ф3.5-8mm，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°。

(2) 浇口设计
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。

鉴于盒形件的具体结构和表面质量要求，选择潜伏浇口。

对于设计的盒形件，由于其内形状规则而又简单，属于中小批量生产。

故宜采用潜伏浇口。

故在安排型腔时，采用一模二腔的形式，一次成型两个盒形件，以节约产品的成本，简化机构。

(3)冷料穴的设计
当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。

它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。

冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。

为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用，根据拉料的方式的不同，冷料穴的形式又可分为与推杆匹配的冷料穴、与拉料杆匹配的冷料穴和无拉料杆的冷料穴三种。

本次设计中，采用与带球头形拉料杆匹配的冷料穴，开模时，由于球头将冷凝料钩住，使主流道凝料从主流道衬套中拔出。

因拉料杆的另一端固定在推
杆上，所以在塑件推出的同时将冷凝料从动模中推出。

取出塑件时，利用挡板可以将凝料系统一起脱出.
3．凸、凹模的确定
凸、凹模是成型塑件外表面的凸凹状零件，通常可分为整体式和组合式两大类。

(1) 整体式凸模和凹模结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量较好，适合用于形状简单的小型塑件的成型。

(2) 组合式凸模和凹模改善了加工性，减少了热处理变形，节约了模具贵重钢材，但结构复杂，装配调整麻烦，塑件表面可能留有镶拼痕迹，因此，这种凸模和凹模主要用于形状复杂的塑件的成型。

4．脱模方式的确定
盒形件的塑件冷却收缩，会紧紧的包住型芯，与型腔脱离，最后推杆在液压机构的作用下将塑件从动模上推下，完成注塑的全过程。

其优点：
(1) 制件受力均匀在分离时不产生变形；
(2) 制件表面质量不受影响；
(3) 推出机构简单可靠，简化了模具。

5．冷却系统的结构设计
根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大。

这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。

根据书上的经验值取2根，冷却水口口径为8mm. 另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循：
（1）浇口处加强冷却；
（2）冷却水孔到型腔表面的距离相等；
（3）冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大；
（4）冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。

（5）进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。

（6）冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。

而且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。

6．排气方式的确定
型腔内气体的来源，除了型腔内原有的空气外，还有因塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体。

塑料熔体向注射模型腔填充过程中，必须要考虑把这些气体顺序排出，否则，不仅会引起物料注射压力过大，熔体填充型腔困难，造成充不满模腔，而且，气体还会在压力作用下渗进塑料中，使塑件产生气泡，组织疏松，熔接不良。

因此在模具设计时，要充分考虑排气问题。

排气的方式有开设排气槽排气和利用模具零件配合间隙排气。

因为此模具是中小型模具可利用分型面间隙及零件配合间隙来排气，所以可不另设排气槽，选择间隙排气。

7．标准模架的选择
根据成型零件及结构零件的布局选择国家标准模架，如图所示。

塑料盒形件模架图
第四章 设计计算
一、成型零件的尺寸的计算
塑件尺寸公差按公差MT6级精度选取。

1.型腔径向的尺寸
L m []z x L s s δ
+∆-+=0)1(=28.621
.00+3mm
式中 s 是塑件的平均收缩率S=0.5% s L 是塑件外径尺寸取28.8
）
制造公差，（取）
塑件公差值（查表取）
是修正系数（取362.055.0z ∆∆δx 2.型腔深度尺寸
[]09
.00
54.18)1(++=∆-+=z
x h s H m δmm 式中 ）
是塑件公差（取）
是修正系数（取）
取是塑件高度最大尺寸（26.06.06.18∆x h
3.型芯高度尺寸
[]018.00
99.17)1(--=∆++=z x H s h m δ
）
是塑件公差（取）
取是修正系数（）
取是塑件孔深最小尺寸（54.055.06.17∆x x H
二、冷却系统水管孔径的计算
根据热平衡计算：在单位时间内熔体凝固时放出等热量等于冷却水所带走的热量，故有公式：qv ＝WQ 1/ρc （θ1-θ2）
式中 qv ——冷却水的体积流量（m ³/Min ）；
W ——单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料重量（Kg/Min ）； Q 1——单位的重量的塑料制品在凝固时所放出的热量（KJ/kg ）； ρ——冷却水密度；
c——冷却水的比热容；
θ1——冷却水出口温度；
θ2——冷却水入口温度；
1．求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q
设注射时间为2s，冷却时间为20s，保压时间为15s，开模取件时间为3 s.，得注射成型周期为40s。

设用20℃的水作为冷却介质，其出口温度为28℃，水呈湍流状态，一个小时成型次数n＝3600/40＝90
W＝M×n＝8.45×90＝760.5g/h=0.8Kg/h
查手册[1]得PC单位重量放出的热量Q
1＝2.9×10²KJ/h，故Q=WQ
1
＝0.8×2.9×10
²KJ/h＝232KJ/h
2．水的体积流量
由公式qv＝WQ
1
/ρc（θ1-θ2）＝(232/60)/（10³×4.187×(28-20)）m³/Min＝1.2×10-4m³/Min
3．求冷却水道直径d
根据水的体积流量查手册得d=8mm
三、浇注系统尺寸的计算
1．分流道截面尺寸的计算
对于壁厚小于3mm、重量小于200g以下塑料制件品，可采用如下的经验公式来计算分流道的直径：D=0.2654G1/2*L1/4
式中 D——分流道的直径(mm) ；
G——制品质量(g)；
L——分流道的长度(mm)；
将数据代入公式得： D=0.2654G1/2*L1/4＝0.2654(2.64)1/2*(33)1/4=1.6mm 取6mm 2．潜伏浇口查表可得
侧倾角=45
浇口直径=1
四、型腔的计算
1、型腔侧壁厚度强度计算
根据公式S=3
1
)(y
E cph h φ=
3
/15)003
.0*8.0*10*1.286.1*30*1(
86.1=0.89cm=9mm
式中 S ——型腔侧壁厚度
p ——型腔压力（取30MPa ） h ——凹模型腔深度（cm)
E ——材料弹性模量（取2.1⨯105MPa ） C ——系数，查表得1 ¢——系数，查表得0.8
型腔是采用整体的，两型腔之间受力是大小相等，方向相反的，在合模状态下不会产生变形，因此两型腔之间的壁厚只要满足结构设计的条件就可以了。

型腔与模板周边的距离由模板外形尺寸来确定，因模板平面尺寸比型腔布置的尺寸要大得多（（160-88）/2=36)，所以完成满足强度和刚度的要求。

2、型腔底部厚度强度计算
型腔采用整体式，底部厚度计算公式T=3
/1)(
δ
E cpb b = 3
/15
)018
.0*10*1.225.1*30*1.0(
25.1=0.12=1.2mm T ——型腔底部厚度； b ——型腔短边长
δp ——根据注射塑料品种，模具刚度计算许用变形量
δp =25i 1≈0.018mm
式中 i 1=0.35W 1/5+0.001W=0.35X28.81/5+0.001X28.8=0.71u m W ——影响模具变形的最大尺寸，若圆筒形是是r 或h ，若矩形是L ；
五、模架的确定
根据型腔的分布看出，型腔的分布尺寸5288X ，在考虑到导柱，导套及连接螺钉布置应占的位置和采用推件板推出等各方面的问题，确定选用模架
160160160⨯=⨯L
4.1各模板的尺寸的确定。

4．1．1 A板尺寸
A板是定模型腔板，采用组合结构，A板厚度取50mm。

4．1．2 B板尺寸
B板是凸模（型芯）固定板，B板厚取32mm
4．1．3 C垫板的尺寸
垫板=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5—10）=18+12.5+16+（5—10）
=51.5-56.5所以C板取63
板面为160
160⨯模架。

从选定模架可知，模架外形尺寸233
⨯高
长
宽。

⨯
=
160⨯
200
⨯
4.2 校核模具平面尺寸（拉杆间距）
<
⨯，合格；模具高
160⨯
280
200
mm
mm250
度233mm在（100—300）mm之间，合格；模具开模所需行程=65+18+(5—10)=(88—93)mm<220mm（注射机开模行程），合格；其他参数在前面校核均合格，所以本模具选用的注射机完全满足使用要求。

第五章模具设计总结
本次设计的主要任务是盒形件注塑模具的设计。

也就是设计一副注塑模具来生产盒形件注塑件产品，以实现自动化生产，提高产品质量。

本设计的优点在于简化了机构，降低了模具的制造成本。

针对盒形件注的具体结构，通过此次设计，使我对侧浇口分型面模具的设计有了较深的认识，巩固了课堂上所学的有关模具设计与制造的知识，提高了自己应用所学知识和技能解决实际问题的能力，学到了在模具行业中的很多知识，收获很多。

由于本人在模具设计方面经验不足，本设计的模具还有一些不足，例如模具浇注系统、冷却系统的设计还不够完善，模具装配图还不够完整等问题，希望在以后积累更多的经验，解决可能出现的缺陷问题。

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