试管注塑模设计

目录

前言 (2)

设计内容及设计目的 (4)

1.1本次设计内容 (4)

1.2本次设计的目的： (5)

模具设计 (6)

2.1确定塑料件的相关参数 (6)

2.1.1塑件特性分析 (6)

2.1.2注塑模工艺条件 (6)

2.2型腔数目的决定及排列 (7)

2.3分型面的选择 (8)

2.4浇注系统的设计 (9)

2.4.1主流道设计 (9)

2.4.2分流道设计 (10)

2.4.3浇口的设计 (11)

2.4.4冷料穴的设计 (11)

2.5注射机型号的确定 (12)

2.6排溢系统的设计 (12)

2.7成型零件的工作尺寸 (13)

2.8模架的确定和标准件的选用 (14)

2.8.1定模座板 (14)

2.8.2定模型腔板 (15)

2.8.3动模型腔板 (15)

2.8.4支承板 (15)

2.8.5垫块 (15)

2.8．6动模座板 (15)

2.9导柱导向机构的设计 (15)

2.10推出机构的设计 (15)

2.11侧向分型与抽芯机构的设计 (16)

2.12冷却系统设计 (18)

2.13整体设计 (19)

参考文献： (22)

致谢 (23)

前言

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。

现代模具工业已从传统的劳动密集产业转变成为一个技术密集、人才密集和资本密集的产业。加入WTO后，模具企业为了参与激烈的市场竞争，不仅重视人才的开发和培训，广泛使用新技术，努力提高自己的目击技术水平。在激烈的竞争中发展起来的现代模具企业，其重要特征表现如下：

（1）以计算机为中心。计算机技术的广泛使用，现代模具企业的重要特征是以计算机为中心。计算机是整个企业最活跃、最核心、最需要投资以及更新最快的部分（其软件每2-3年、硬件每3-5年更新一次）。以计算机为中心建立起来的计算机辅助设计、计算机辅助工程以及计算机辅助制造（CAD/CAE/CAM）是企业的生产主线，并向集成化、网络化、智能化方向发展。

（2）模具设计水平高。现代模具企业都广泛采用计算机辅助技术、人工智能技术进行设计决策、模拟分析和优化设计。同时，数据库和计算机网络技术应用使设计师可以在更大范围内共享设计资料、信息、资源和展开合作，使现代模具设计的总体水平上升到一个前所未有高度。现代模具有的还要求有控压、控温等功能，甚至要求提供某些测量元件。在模具标准化、通用化、典型化程度狠高的情况下。个模具企业都利用自己的某些专长设计制造模具。在激烈的竞争中求发展。

（3）生产设备先进。现代模具的加工，更多地依靠各种自动化程度较高的高精度、高效率机床。从模具粗加工、热处理到各种精加工、光整加工、质量控制与检测，必须设备齐全，配套合理。其中，数控加工设备所占比重比较大，以适应单件或小批量复杂模具的生产。同时，数控加工设备也是模具CAD/CAE/CAM 的基础，有助于实现模具制造的全自动加工。

（4）供货期短。现代模具对短交货期的要求日益迫切，模具的交货期限已从传统的几个月向几十天、十几天甚至数小时发展，这些事传统制模方法所不能达到的。

模具设计已从人工禁言设计方式转化为依靠计算机辅助设计的方式。广泛采用模具CAD/CAE/CAM技术，是模具设计、计算机分析、生产装备、数控加工、检验、试模等工作一体化，设计数据直接经过网络和数据库管理系统传递到各个生产部门，大大缩短模具生产周期。此外，成形过程计算机模拟，并行工程，人工智能，快速原型制造等先进制造技术的应用，以及模具标准化、专业化生产等也为缩短供货期起了重要作用。

本次毕业设计，就瞄准这一发展前景，在段武茂老师的精心指导下，通过对基座注射模的设计，深入学习了Proe，掌握了注射模具设计的一般方法，模具制造的专用设备及注射机的工作原理，为今后工作打下坚实的基础。

本次设计历时数周，首先去图书馆借阅了有关注射模的书籍，了解产品的注塑过程和模具的制造方法，初步知道在设计过程中所需注意的问题，弄清自己的

具体工作，设计所要达到的要求，计算数据，确定每个零件用什么材料。然后用Proe对产品进行开模，完成三维造型，对各个零件出工程图，整理资料并编写设计说明书。最后交指导老师审阅，并作修改，最后定稿。

由于水平有限，加上经验不租，疏漏和错误之处在所难免，恳请各位老师指正。

设计内容及设计目的

1.1本次设计内容

本次试管注塑模具设计采用CAD技术能有效地对真个设计制造过程预测评估，通过计算机数据模拟和仿真技术来完善模具结构，再现能力强，整体水平容易控制，能够熟读获得样品，能利于争取订单，赢得客户；同时节省大量的模具试制材料费用，减少模具返修费率，缩短生产周期，大大降低了模具成本。1、本课题的研究内容及基本要求

（1）独立拟定塑件的成型工艺，正确选用成型设备。

（2）合理的选择模具结构。根据塑件图及技术要求，提出模具结构方案，并使其结构合理，质量可靠，操作方便。必要时可根据模具设计和加工的

要求，提出修改塑件图纸的要求。

（3）正确的确定模具成型零件的形状和尺寸。

（4）所设计的模具应该制造方便、造价便宜。

（5）充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工。

（6）设计的模具应当效率高，安全可靠，如要求浇注系统冲型快，冷却系统效果好，唾沫机构灵活可靠，自动化程度高。

（7）要求模具零件耐磨、耐用、使用寿命长。

设计方案如下：

1.2本次设计的目的：

1.掌握注射模设计的一般方法。

2.了解注射机的工作原理。

3.了解模具加工方法。

4.进一步掌握设计的一般方法，熟料设计的一般过程。

模具设计

2.1确定塑料件的相关参数

2.1.1塑件特性分析

PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。PP的流动率MFR范围在1~40。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，PP 的收缩率相当高，一般为1.8～2.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。

聚丙烯（PP）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材料应用。PP属结晶性聚合物，熔体冷凝时因比容积变化大、分子取向程度高而呈现较大收缩率(1.0％～1.5％)。PP在熔融状态下，用升温来降低其粘度的作用不大。因此在成型加工过程中，应以提高注塑压力和剪切速率为主，以提高制品的成型质量。

2.1.2注塑模工艺条件

干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。

熔化温度：220℃～275℃，注意不要超过275℃。

模具温度：40℃～80℃,建议使用50℃，结晶程度主要由模具温度决定。

注射压力：可大到1800bar。

注射速度：通常使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应该使用较高温度下的低速注塑。

流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是4～7mm，建议使用通体是圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的

浇口直径范围是1～1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。

对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半，最小的浇口

宽度应至少为壁厚的两倍。PP材料完全可以使用热流道系统。

2.2型腔数目的决定及排列

型腔数目的确定主要参考以下几点来确定:

1.塑件制品的批量和交货期，以及塑料制件的成本。该制品是大批量生产，

若采用多型腔可提高生产效率，但根据生产经验在模具没增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%。

2.所选用注射机的技术规则，应为上面只进行了结构及工艺成型的分析，还

没确定注射机，也可暂时不予考虑。

3.质量控制要求。制品属于精度不高，对于质量要求比较高且制品较小，因

此可设成一模八腔，以保证质量要求。

4.成型的塑件品种与塑件的形状尺寸。根据品种和形状尺寸特点及要求，设

置成一模八腔注射成型。

本次设计根据制件的结构特点、形状尺寸、产品批量、模具制造难易及其寿命、成本高低再加上设计和加工制造的复杂性，综合考虑，一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度的要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。

多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因二型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的足够的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。

多型腔在模板上排列形式通常有平衡式和非平衡式两种。平衡式其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度，截面形状及均对应相同，可实现均衡进料和同时充满型腔的目的。而非平衡式的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，个浇口的截面尺寸要制作的不相同。因此在设计时要注意以下几点：

1.尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一喝稳定。

2.型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料

现象。

3.尽量使排列的紧凑以便减少模具的外形尺寸。

通过软件分析得到体积V塑和质量W塑，又因为此产品属大批量生产的塑件，精度要求不是很高，且单件加工生产综合考虑生产率和生产成本等各种因素，以及注射机的型号选择，确定采用一模八腔。

型腔数目布局图

2.3分型面的选择

分型面是指成型时必须接触封闭分开时能够取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件浇口形式有关。制品成型的分型面不仅影响到制品的脱模困难程度及美观程度，还影响成型零件的加工工艺性，另外合适的分型面位置还有利于模具加工、排气、脱模、提高塑件的表面质量及方便工艺操作等。

分型面的设计原则：

1.分型面的位置应开设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔。

2.分型面应使模具分割成便于加工的部分，以减少机械加工的困难。以使

得模具零件易于加工。

3.分型面的选择应有利于保证塑件尺寸精度要求。

4.分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部分，而且在分型面处所产生

的非编应容易修整加工，从而有利于保证塑件的外观质量。

5.应满足塑件的使用要求，即从使用的角度避免脱模斜度、推杆及浇口痕

迹等工艺缺陷影响塑件功能。

6.为便于塑件脱模，应尽可能使塑件在开模时留在下模或动模部分，易于

设置和制造简便易行的脱模机构。若塑件有侧孔时，应极可能的将侧型

芯设在动模部分，避免定模抽芯。

7.考虑锁模力，分型面的选择应尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。

8.考虑侧向抽拔距，一般机械分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此

选择的分型面应使抽拔距离尽量短。

9.尽量方便浇注系统的布置。

10.为了有利于气体的排出，分型面应尽可能与料流的末端重合。

11.考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适。

12.选择分型面时根据塑件的使用要求和所用塑料，要考虑飞边在塑件上的

部位。

13.选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。

总而言之，分型面形状应尽可能的简单，以便于模具的制造和塑件的脱

模。综合考虑以上的设计原则，结合该塑件的特性，其分型面的选择如

图：

2.4浇注系统的设计

浇注系统指塑料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。它将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出；在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响狠大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产效率等相关。对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循以下原则：

1.了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性，浇注系统应适应于所用塑料

的成型特性要求，以保证塑料制件的质量。

2.采用尽量短的流程，以减少热量与压力的损失。

3.浇注系统设计应有利于良好的排气。

4.尽量避免塑料通体直冲细小型芯和嵌件，以防止细小型芯变形或嵌件位

移。

5.便于修整浇口，以保证塑件外观质量。

6.为防止塑件变形，浇注系统设计要结合型腔布局同时考虑。

7.为避免填充不足的现象发生，在模具设计过程中，先对注射成型时的流动

距

8.流动比或流动面积比进行校核。

9.型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象。

2.4.1主流道设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。为了便于熔融塑料在注射时能够顺利的流入，开模时又

能够使冷却后的主流道凝料从主浇道中顺利的拔出，主浇道的形状设计成圆锥形，内壁必须光滑，表面粗糙度Ra<0.8,锥角为2°～6°。

主流道一般是由浇口套构成，浇口套的作用为：

1.与注射机喷嘴孔吻合，将料筒内的塑料过渡到模具内。

2.使模具在注射机上很好的定位。

3.作为浇注系统的主浇道。

主流道的一端通常设计成带凸台的圆盘，其高度为5～10mm，并与注射机的固定模板的定位孔成间隙配合。浇口套的球形凹坑深度常取3～5mm。

1）根据所选注射机，则主流道小端尺寸为

d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）=2.0+0.5=2.5mm

主流道球面半径

SR=喷嘴球面半径+(1～2)=12+1=13mm

2）主流道衬套形式

本设计虽然是小型模具,但为了便于加工和缩短主流道长度衬套和定位圈还是设计成为分体式,主流道长度取45mm约等于定模板的厚度(见下图所示)，材料采用制造热处理强度为52～56HRC。

①主流道圆锥角可取3°～5°，内壁粗糙度为R a=0.63um。

②主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。

③在模具结构云秀的情况下，主流道应尽量可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔

体的顺利冲型。

④主流道衬套与定模座板采用H7/m6配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。

2.4.2分流道设计

分流道是指主流道末端与浇口制件这一段塑料熔体的流动通道。采用直接浇道的模具可以省去分浇道，但是在多型腔模具中分流道是必不可少的。常见的分流道的截面形式有圆形、半圆形、梯形、U型及矩形等。从分流道设计的要点出发，即应尽可能的使流动阻力减小，各型腔能够均衡进料。

设计原则：

（1）尽可能减小通体的流动阻力。所以，在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道的截面积与长度尽量取小值。