手机外壳(中件)塑料模具设计(全套图纸)

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2023年12月18日发(作者：)

前 言

塑料是20实际人类的重大发明，它的发明和广泛使用，为人类的物质文明谱写了新的篇章，大大推动了人类社会的进步和繁荣。随着各种性能优越的各种工程塑料的不断开发，注塑工艺越来越多地用于制造领域成形各种性能要求的制品，，在机电、仪表、化工、汽车和航天航空等领域，塑料已成为金属的良好代用材料并得到了广泛的应用，出现了金属材料塑料化的趋势。据最近数据统计，在工业发达国家，日本生产塑料模具和生产冲压模的企业各占40%，韩国模具专业，生产塑料模的占43.9%，新加坡全国有460家模具企业，60%生产塑料模。作为最有效的塑料成型方法之一的注塑成型技术具有一次成型各种结构复杂和尺寸精密的塑料。成型周期短、生产率高、大批生产时成本低廉、易于实现自动化或自动化生产等特点。因此，世界塑料模具成型中约占半数以上是注塑模具。

选题背景：目前，手机的普及速度大大超越了专家的预测与想象。它已从最初的模拟系统发展到目前的数字系统。在此期间手机的功能越来越丰富，体积越来越小，造型越来越美观，充分体现了技术与艺术结合。除了最基本的实用功能外，手机还要考虑美观和舒适，在设计上必须充分考虑使用对象、使用场合、功能要求、人机工效学等因素。应此，能够快速制造出结构合理、外观漂亮、能吸引大众眼球的手机外壳注塑模具已成为生产厂家关注的焦点。本次毕业设计题目是“手机壳键盘部分注塑模具设计”，塑件为手机键盘部分外壳。

目录

前言 ........................................................................................................................................................ 1

1.概论 ..................................................................................................................................................... 5

1.1

设计前应注意事项 ...................................................................................................................... 6

1.2基本程序 ..................................................................................................................................... 6

1.3注射模设计审核要点 ................................................................................................................. 6

1. 塑件的成形工艺性分析 .................................................................................................................... 9

1.1塑件材料的选择及其结构分析 ................................................................................................. 9

1.2

ABS的注射成型工艺 ................................................................................................................ 10

1.2.1注射成型工艺过程 ............................................................................................................. 10

1.2.2ABS的注射成型工艺参数 ................................................................................................. 10

1.3

ABS性能分析 ............................................................................................................................ 10

1.3.1使用性能： ....................................................................................................................... 10

1.3.2成型性能： ....................................................................................................................... 11

1.4ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施： ................................................................................. 12

2 模具结构形式的拟定 ................................................................................................................... 13

2.1确定型腔数量及排列方式 ....................................................................................................... 13

2.2模具结构形式的确定 ............................................................................................................... 13

3 注塑机型号的确定......................................................................................................................... 15

3.1有关塑件的计算 ....................................................................................................................... 15

3.2注射机型号的确定 ................................................................................................................... 15

3.3注射机及型腔数量的校核 ....................................................................................................... 16

3.4注射机及参数量的校核 ........................................................................................................... 16

4.分型面位置的确定............................................................................................................................ 19

4.1分型面的形式 ........................................................................................................................... 19

4.2分型面的设计原则 ................................................................................................................... 19

4.3分型面的确定 ........................................................................................................................... 19

5.浇注系统的形式和浇口的设计 ........................................................................................................ 20

5.1主流道的设计 ........................................................................................................................... 20

5.2冷料井的设计 ........................................................................................................................... 23

5.2.1主流道冷料井的设计 ....................................................................................................... 23

5.2.2分流道冷料井的设计 ....................................................................................................... 24

5.3分流道的设计 ........................................................................................................................... 24

5.3.1分流道的截面面形状 ....................................................................................................... 24

5.3.2分流道的截面尺寸 ........................................................................................................... 24

5.3.3分流道的长度 ................................................................................................................... 25

5.3.4分流道的表面粗糙度 ....................................................................................................... 26

5.3.5分流道的布置形式 ........................................................................................................... 26

5.3.6分流道向浇口过渡部分的结构见下图： ....................................................................... 26

5.4浇口的设计 ............................................................................................................................... 26

5.4.1浇口的形式及特点 ............................................................................................................. 27

5.4.2浇口尺寸的确定 ................................................................................................................. 27

5.4.3浇口位置的选择 ................................................................................................................. 27

5.5浇注系统的平衡 ....................................................................................................................... 28

6.模架的确定和标准件的选用 ............................................................................................................ 29

6.1定模座板 ................................................................................................................................... 29

6.2定模板 ....................................................................................................................................... 29

6.3动模座板 ................................................................................................................................... 29

6.4动模板 ....................................................................................................................................... 29

6.5动模垫板 ................................................................................................................................... 30

6.6垫块 ........................................................................................................................................... 30

6.7推杆固定板） ........................................................................................................................... 30

6.8推板 ........................................................................................................................................... 30

7.合模导向机构的设计 ........................................................................................................................ 31

7.1机构的功用 ............................................................................................................................... 31

7.1.1导向机构的功用 ................................................................................................................. 31

7.1.2定位机构的功用 ................................................................................................................. 31

7.2导向结构的总体设计 ............................................................................................................... 31

7.3导柱的设计 ............................................................................................................................... 31

7.4导套的设计 ............................................................................................................................... 32

7.5导柱与导套的配合形式 ........................................................................................................... 32

8.脱模推出机构的设计 ........................................................................................................................ 33

8.1脱模阻力计算 ........................................................................................................................... 33

8.2推杆脱模机构 ............................................................................................................................ 34

9.1侧向分型抽芯机构原理 ............................................................................................................ 37

9.2侧型芯具体尺寸的确定 ........................................................................................................... 37

9.3侧抽芯辅助零件设计 ............................................................................................................... 40

10.排气设计 ......................................................................................................................................... 41

11.成型零件的设计 .............................................................................................................................. 42

11.1成型零件的选材 ..................................................................................................................... 42

11.2凹模部分的结构设计 ............................................................................................................. 43

11.2.1凹模的结构形式 ............................................................................................................. 43

11.2.2凹模尺寸的计算 ............................................................................................................. 43

11.2.3凹模结构图 ..................................................................................................................... 44

11.3凸模部分的结构设计 ............................................................................................................. 45

11.3.1凸模尺寸的计算 ............................................................................................................. 45

11.3.2凸模形状的确定 ............................................................................................................. 46

12. 温度调节系统的设计 .................................................................................................................... 47

12.1温度对塑件质量的影响 .......................................................................................................... 47

12.2

模具冷却系统的设计 ........................................................................................................... 48

12.3模具冷却流道分布图 .............................................................................................................. 48

分析 ....................................................................................................................................... 49

13.1模流分析 ................................................................................................................................. 49

13.2分析结果如下图所示： ......................................................................................................... 49

设计总结 .............................................................................................................................................. 53

致谢 ...................................................................................................................................................... 54

参考文献 .............................................................................................................................................. 55

1.概论

1.1 设计前应注意事项

(1） 明确制品的几何形状以使用要求。对于形状复杂的制品，有时除看懂其图样外，还需参考产品模型或样品，考虑塑料的种类及制品的成型收缩率、透明度、尺寸公差、表明粗糙度、允许变形范围等，即充分了解成品的使用要求，因为这不仅是模具设计的主要依据，而且还是减少模具设计者与产品设计者意见分歧的手段。

(2) 估算成品的体积和重量及确定成型总体方案。计算制品重量的目的在于选择设备和确定成型总体方案。成型总体方案包括确定模具的结构形式，型腔数目，制品成型的自动化程度，采用流道形式（冷流道或热流道），制品的侧向型孔是同时成型还是后续加工侧凹的脱模方式等。

（3） 明确注射成型机的型号和规则。只有确定采用什么型号和规则的注射成型机，在模具设计时才能对模具上与注射机有关的结构和尺寸的数据进行校核。

（4） 检查制品的工艺性。对制品进行成型前的工艺检查，以确认制品的各个细小部分是否符合注射机成型的工艺性条件。

1.2基本程序

模具及其操作必须满足各种要求，其模具设计的最佳方法是综合考虑，系统制定设计方案，模具设计流程图表示了各条件间的相互关系，以及满足主功能的边界条件和附加条件的关系。

1.3注射模设计审核要点

（1）基本结构审核

1)模具的结构和基本参数是否与注射机规格匹配.

2)模具是否具有合模道向机构,机构设计是否合理.

3)分型面选择是否合理,有无产生飞边的可能,指示器能滞留在设有推出脱模机构的动模(或定模)一侧.

4)模腔有布置与浇注系统设计是否合理.浇口是否与塑料原料相适应,浇口位置是否恰当,浇口与流道的几何形状及尺寸是否合适,流动比数值是否合理.

5)成型零部件结构设计是否合理.

6)推出脱模机构与侧向分型或抽芯机构是否合理,安全和可靠.它们之间或它们与其它模具零部件之间有无干涉碰撞的可能,脱模板(推板)是否会与凸模咬合.

7)是否需要排气结构,如是需要,其设置情况是否合理.

8)是否需要温度调节系统,如是需要,其热源和冷却方式是否合理.温控无件随是否足够,精度等级如何,寿命长短如何,加热和冷却介质的循环回路是否合理.

9)支承零部件结构设计是否合理.

10)外形尺寸能否保证安装,紧固方式选择是否合理可靠,安装用的螺栓孔是否与注射动,定模固定板上的螺孔位置一致,压板槽附近的固定板上是否有紧固用的螺孔.

(2)设计图样审核要点

1)装配图.零部件的装配关系是否明确,配合代号标注得是否恰当合理,零件标注是否齐全,与明细表中的序号是否对应,有关的必要说明是否具有明确的标记,整个模具的标准化程度如何.

2)零件图.零件号,名称,加工数量是否有明确切的标注,尺寸公差和形位公差标注是否合理齐合.成型零件容易磨损是部位是否预留了修磨量.哪些零件具有超高精度要求,这种要求是否合理.各个零件的材料选择是否恰当,热处理要求和表面粗糙度要求是否合理.

3)制图方法.制图方法是否正确,是否合乎有关规范标准(包括工厂企业的规范标准).图面的表达的几何图形和技术内容是否容易理解.

(3)模具设计质量审核要点

1)设计模具时,是否正确地考虑了塑料原材料的工艺特性,成型性能,以及注射机类型可对成型质量产生的影响.对成型过程中可能产生的缺陷是否在模具设计时采取了相应的预防措施.

2)是否考虑了制品对模具导向精度的要求,导向结果设计得是否合理.

3)成型零部件的工作尺寸计算是否合理,能否保证制品的精度,其本身是否具有足够的强度和刚度.

4)支撑部件能否保证模具具有足够的整体强度和刚度.

5)设计模具时是否考虑了试模和修模要求.

(4)装拆及搬运条件审核要点有无便于装拆时有的橇槽,装拆孔和牵引螺钉,对基是否作出了标记.有无供搬运用的吊环或起重螺栓孔,对其是否也作出了标记.

模具设计流程图如下:

1. 塑件的成形工艺性分析

1.1塑件材料的选择及其结构分析

(1)塑件（手机外壳）模型图：

图1-1 塑件图

(2)塑件材料的选择：选用ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）。

(3)色调：黑色。

(4)生产批量：大批量。

(5)塑件的结构与工艺性分析：

①结构分析

塑件为手机外壳的下半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键，后面有与电池后盖联接的螺纹孔，所以应保证它有一定的装配精度；由于该塑件为手机外壳，因此对表面粗糙度要求不高。

②工艺性分析

精度等级：采用5级低精度

脱模斜度：塑件外表面 40´－1°20´ 塑件内表面 30´－1°（脱模斜度不包括在塑件的公差范围内，塑件外形以型腔大端为准，塑件内形以型芯小端为准。）

1.2 ABS的注射成型工艺

1.2.1注射成型工艺过程

（1）预烘干--→装入料斗--→预塑化--→注射装置准备注射--→注射--→保压--→冷却--→脱模--→塑件送下工序

（2）清理模具、涂脱模剂--→合模--→注射

1.2.2ABS的注射成型工艺参数

（1）注射机：螺杆式

（2）螺杆转速（r/min）：30——60（选30）

（3）预热和干燥：温度（°C） 80——85

时间 (h) 2——3

（4）密度（g/ cm³）:1.02——1.05

（5）材料收缩率（℅）：0.3——0.8

（6）料筒温度（°C）：后段 150——157

中段 165——180

前段 180——200

（7）喷嘴温度（°C）：170——180

（8）模具温度（°C）：50——80

（9）注射压力（MPa）：70——100

（10）成形时间（S）：注射时间 20——90

高压时间 0——5

冷却时间 20——120

总周期 50——220

（11）适应注射机类型：螺杆、柱塞均可

（12）后处理：方法 红外线灯、烘箱

温度（°C） 70

时间（h） 2——4

1.3 ABS性能分析

1.3.1使用性能：

（1）综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。

（2）耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。

（3）水、无机盐、碱、酸对ABS几乎无影响。

（4）尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。

1.3.2成型性能：

（1）无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。

（2）吸湿性强，含水量应小于0.3％，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。

（3）流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。

（4）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250 °C左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取 50——60 °C，要求光泽及耐热型料宜取 60——80 °C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为 180——230 °C，注射压力为 100——140 MPa，螺杆式注塑机则取 160——220 °C，70——100 MPa为宜。

（5）易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。

（6）ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取1 °以上。

（7）在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。

3、ABS主要技术指标：

表1-1 热物理性能

密度(g/ cm³)

导热系数

-1-1-2(W·m·K×10)

滞流温度(°C)

表1-2 力学性能

屈服强度（MPa）

断裂伸长率(﹪)

抗弯强度(MPa)

抗压强度(MPa)

冲击韧度

(简支梁式)

无缺口

50

35

80

53

261

抗拉强度(MPa)

拉伸弹性模量(GPa)

弯曲弹性模量(GPa)

抗剪强度(MPa)

布氏硬度

38

1.8

1.4

24

9.7R121

1.02—1．05

13.8—31.2

130

比热容(J·kgK)

线膨胀系数

-5-1(10K)

-1-11255—1674

5.8—8.6

缺 口

11

表1-3 电气性能

表面电阻率（Ω）

击穿电压（KV/mm）

介电损耗角正切（10Hz）

61.2×10

0.007

13体积电阻率（Ω·m）

介电常数（10Hz）

耐电弧性(s)

66.9×10

3.04

50—85

141.4ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：

主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70°C左右热变形温度约为93°C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。

消除措施：加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。

2 模具结构形式的拟定

2.1确定型腔数量及排列方式

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。型腔的数目可根据模型的大小情况而定。

该塑件对精度要求不高，为低精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模两型的模具结构。型腔的排列方式如下图：

图2-1 型腔排列方式

2.2模具结构形式的确定

（1）多型腔单分型面模具：塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。

（2）多型腔多分型面模具：塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。

该塑件外观质量要求不高，是尺寸精度要求较低的小型塑件，因此可采用多型腔单分型面的设计。

从塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出机构的设置以及浇口的位置。分型面为单分型面垂直分型。

最常用的浇口形式有：第一是侧浇口。这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉，在制造上加工比较方便，但不得因素是浇道流程长，热量损耗大，因此容易产生明显的拼料痕迹。如果要得到改善，则需加大浇道尺寸，但随之浇道部份的回料增多。其次塑料的进料口部分需去毛刺，这样既增加了去毛刺的工时，又损坏了周围的美观。第二是点浇口。塑料注射时，在点浇口以高速注入型腔，一部份动能转变为热能，因此塑料在会合时的热量损耗比侧浇口少，所以会合处熔合较好，熔接痕不太明显。其缺点是塑件的正面将留下点烧口的痕迹，影响塑件的美观，并且为了取出点浇口的浇道剩料，型腔必须移动。由于型腔重量较大，所以不方便移动。第三种是综合上述两种浇口形式的优缺点，采用潜伏式浇口。因为塑件侧壁距离横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺输助浇口，从而使浇注系统进一步完善。这种浇口形式主要有以下优点：一是塑件表面无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自动化。从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用以切断剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。

3 注塑机型号的确定

除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。

3.1有关塑件的计算

体积 = 4718.60 （mm）

密度 = 1.05 (g/ cm³）

质量 = 4.72g (g)

33.2注射机型号的确定

根据塑件的体积初步选定用XS-Z-60（卧式）型注塑机。

SZ-60/40（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表：

表 3-1 注塑机的主要参数

理论注射容积(cm³）

注射压力(MPa)

塑化能力(g/s)

锁模力(kN)

移模行程(mm)

模具最小厚度(mm)

模具定位孔直径(mm)

喷嘴口孔径(mm)

60

180

35

400

250

150

￠80

￠3

螺杆直径(mm)

注射速率(g/s)

螺杆转速(r/min)

拉杆有较距离(mm)

模具最大厚度(mm)

锁模形式

喷嘴球半径(mm)

模板尺寸(mm)

30

70

0—200

220×300

250

双曲肘

SR10

200×315

3.3注射机及型腔数量的校核

（1）主流道的体积约为：

2 V1(mm³) = 3.14×2.5×25 = 490.63

（2）分流道体积约为：

2 V2(mm³) = 3.14×2.5 ×30×2= 1177.5

（3）浇口的体积约为

2 V3(mm³)=10×0.5×3.14×2=15.7

（4）该模具总共需填充塑件的体积约为：

V(mm³) = 2 ×4718.60+ 490.63+1177.5+15.7=11121.03

3.4注射机及参数量的校核

（1）注射量的校核

注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。

在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即

V = nVz + Vj

或 M = nmz + mj

式中 V（m）——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量(cm³或g）；

n ——型腔数目

Vz（mz）——单个塑件的容量或质量(cm³或g）。

Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(cm³或g）。

故应使

nVz + Vj ≤ 0.8Vg

或 nmz + mj ≤ 0.8mg

式中

Vg（mg）——注射机额定注射量(cm³或g）。

根据容积计算

nVz + Vj = 11.12 ≤0.8Vg=0.8×60=48

可见注射机的注射量符合要求

（2）型腔数量的确定和校核

型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因数影响。

可根据注射机的最大注射量确定型腔数n

nKmNm2

m1式中 K——注射机的最大注射量的得用系数，一般取0.8；

mN——注射机允许的最大注射量；

m 2——浇注系统所需塑料的质量或体积（g或cm³）；

m 1——单个塑件的质量或体积（g或cm³）。

所以需要

n n=2 符合要求

0.8600.4961.1760.0164.729

（3）塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核

注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系：

nA1 + A2 ﹤ A

2式中 A——注射机允许使用的最大成型面积(mm）其他符号意义同前。

注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：

(nA1 + A2)p ﹤ F

式中符号意义同前。

所以需要

222×42×82+3.14×2.5+5×60=7207.63(mm)﹤A

2查得ABS的平均成型压力为30（MPa /cm）

72．08×30=2.16KN﹤F

符合要求

（4）最大注射压力校核

注射机的额定注射压力即为它的最高压力Pmax,应该大于注射机成型时所调用的注射压力，即：

pmax﹥Kp0

很明显，上式成立，符合要求。

（5）模具与注射机安装部份的校核

喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。

模具厚度 模具厚度H（又称闭合高度）必须满足：

Hmin﹤H﹤Hmax

式中 Hmin——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距；

Hmax——注射机允许的最大模厚。

注射机允许厚度

150﹤H﹤250

符合要求。

（6）开模行程校核

开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：

Smax ≥ s = H1 + H2 + 5～10mm

式中 H1——摧出距离（脱模距离）（mm）；

H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。

开模距离取 H1 = 20

包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 = 40

余量取 8

则有：

Smax ≥ s = 20+20+28 =68

符合要求。

4.分型面位置的确定

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。

4.1分型面的形式

该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。

4.2分型面的设计原则

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。

选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：

① 分型面应选在塑件外形最大轮廓处

② 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模

③ 保证塑件的精度

④ 满足塑件的外观质量要求

⑤ 便于模具制造加工

⑥ 注意对在型面积的影响

⑦ 对排气效果

⑧ 对侧抽芯的影响

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

4.3分型面的确定

根据以上原则，可确定该模具的分型面如下图：

分型面 图4-1

5.浇注系统的形式和浇口的设计

浇注系统是指凝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。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。

该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。

对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：

① 了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。

② 采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。

③ 浇注系统的设计应有利于良好的排气。

④ 防止型芯变形和嵌件位移。

⑤ 便于修整浇口以保证塑件外观质量。

⑥ 浇注系统应结合型腔布局同时考虑。

⑦ 流动距离比和流动面积比的校核。

5.1主流道的设计

主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。

在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形。

（1）主流道的尺寸

①主流道小端直径

主流道小端直径 d = 注射机喷嘴直径 + 0.5～ 1

= 3 + 0.5 ～ 1 取 d = 4（mm）。

② 主流道的球半径

主流道的球半径 SR = 10 + 1 ～ 2 取 SR = 12（mm）。

③ 球面配合高度

球面配合高度为 3 ～ 5 取 5（mm）。

④ 主流道长度

主流道长度L，应尽量小于60mm，，上标准模架及该模具结构，取

L = 54（mm）

⑤ 主流道锥度

主流道半锥角一般应在1°——2°，所以主流道半锥度取α/2=2°。

⑥主流道大端直径

主流道大端直径 D = d+2L*tan（α/２）（α=4°）

≈ 7.4（mm）

⑦ 主流道大端倒圆角

倒角 d/8 =0.5（mm）

根据以上数据和注射机的有关参数，设计出主流道如下图：

图 5-1 主流道形式

（2）主流道衬套的形式

主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料要冷热交换地反复接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理要求淬火50～ 55 HRC。主流道衬套应设置在模具对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴同一轴心线。

图 5-2 主流道的位置

主流道衬套的形式有两种：一是主流道衬套与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合在固定在模板上。

该模具尺寸较小，主流道衬套可以选用整体式。

设计出主流道衬套的尺寸如下图:

图 5-3 主流道的具体尺寸

主流道衬套的固定形式,如下图：

图 5-4 衬套的固定形式

5.2冷料井的设计

在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10～25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井（冷料穴）。

5.2.1主流道冷料井的设计

主流道冷料井设计成带有推杆的冷料井，底部由一根推杆组成，摧杆装于推杆固定板上，与推杆脱模机构连用。冷料井的孔设计成倒锥形，便于将主流道凝料拉出。当其被推出时，塑件和流料凝道能自动坠落，易于实现自动化操作。

主流道冷料井的设计如下图所示：

主流道冷料井动模板拉料杆

图 5-5 主流道冷料井的设计

5.2.2分流道冷料井的设计

当分流道较长时，可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料井，以储存前锋冷料，其长度为分流道直径的1.5～2倍。

5.3分流道的设计

该模具为一模两腔的结构，应设置分流道。分流道的设计应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。

5.3.1分流道的截面面形状

常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为 5°～ 10°的梯形流道。浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，当分型面为平面时，可采用梯形或U字型截面的分流道。

从上述分析，为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆型截面。

5.3.2分流道的截面尺寸

分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性

能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。

（1）对于壁厚小于3mm,质量在200g以下的塑件，可用下述公式确定分流道的直径：

D = 0.2654WL其中 D——流道直径（mm）；

W——塑件的质量（g）；

L——分流道的长度（mm）。

此式计算的分流道直径限于3.2 ～ 9.5 mm。

根据前面的计算数据，有

D = 0.265 × 4.72 × 50

≈ 1.53 （mm）

故不在适应范围。

（2）根据分流道截面形状与流动理论长度的关系和《塑料成形工艺与模具设计》表5-3，再考虑到ABS的成型工艺性能，查得分流道截面推荐范围为4.8～9.5mm，故取6mm..

因此，分流道截面形状如下图所示：

12141214

图 5-6 分流道截面

5.3.3分流道的长度

分流道的长度应尽量短，且少弯折。

分流道长度为

L = (50 + 15) × 2 = 110 （mm）

5.3.4分流道的表面粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6μm，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。

5.3.5分流道的布置形式

分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，该模具为一模两腔，采用平衡式布置。

平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料平衡。因此各个型腔的浇口尺寸也可以相同，达到各个型腔均衡地进料。

5.3.6分流道向浇口过渡部分的结构见下图：

圆形分流道与矩形浇口的连接形式

图 5-8 浇口形状

5.4浇口的设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。

浇口的主要作用是：

① 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；

② 易于切除浇口凝料；

③ 对于多型腔的模具，用以平衡进料；

浇口的面积通常不超过分流道面积的 10%。浇口的截面有矩形和圆形两种。浇口长度约为 0.5 ～ 2 mm左右。浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。

5.4.1浇口的形式及特点

综合点浇口和侧浇口两种浇口形式的优缺点，采用潜伏式浇口。因为塑件侧壁距离横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺输助浇口，从而使浇注系统进一步完善。这种浇口形式主要有以下优点：一是塑件表面无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自动化。从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用以切断剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。

5.4.2浇口尺寸的确定

浇口结构尺寸可由经验公式，并由《塑料模具技术手册》之《轻工模具手册之一》中图3-31 查得，浇口厚度 h = 0.5 ～ 2.0

h = n t = 0.8 取 h = 1 （mm）

式中 h——浇口厚度（mm）;

n——塑料系数，由塑料性质决定；

t——塑件壁厚（mm）.

浇口宽度 b = 1.5 ～ 5.0

bn•A1.64 取 b = 1.8 （mm）

30式中 A——塑件型腔表面积。

浇口长度 l = 0.5 ～ 1.75

为了去除浇口方便，浇口长度 l 也可取 0.7～2.5。所以可取 l = 1.0 （mm）

注：其尺寸实际应用效果如何，应在试模中检验与改进。

5.4.3浇口位置的选择

浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则：

① 避免塑件上产生缺陷；

② 浇口应开设在塑件截面最厚处；

③ 有利于塑料熔体的流动；

④ 的利于型腔的排气；

⑤ 考虑塑件受力情况；

⑥ 增加熔接痕牢度；

⑦ 流动定向方位对塑件性能的影响；

⑧ 浇口位置和数目对塑件变形的影响；

⑨ 校核流动比；

⑩ 防止型芯或嵌件挤压位移或变形。

此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。潜伏式浇口布置图如下所示：

5.5浇注系统的平衡

对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。

在多腔模具中，熔体在主流道与各分流道，或各分流道之间的体积流量是不会相同的，但可以认为他们的流速是相等的，以此达到各型腔同时充满的目的。为此各流道之间应以不同的长度或截面尺寸来达到流量不等，经分析可推导，可用下式进行平衡计算：

L1d1Q1

L2d2Q2式中 Q1，Q2——熔融树脂分别在流道1和流道2中的流量，cm/s；

d1,d2——分流道1和分流道2的直径， cm;

L1，L2——分流道1和分流道2的长度，cm。

上式没有考虑分流道转弯局部阻力的影响，以及模具温度不均的影响。实际上尚须对这些因素作校正，才能达到充模时间相等的目的。

当分流道作平衡布置，且各型腔所需之填充量又相等时，则各流道的长度变化、长度尺寸等均应相同。该设计即是在此基础上的设计，各项的设计理论上达到平衡。

3

6.模架的确定和标准件的选用

模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其时对大型模具，这一点尤为重要。

标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。

由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再结合标准模架，可选用标准模架 200×L，其中L取315mm，可符合要求。

模架上要有统一的基准，所有零件的基准应从这个基准推出，并在模具上打出相应的基准标记。一般定模座板与定模板要用销钉定位；动、定模板之间通过导向零件定位；脱出固定板通过导向零件与动模或定模固定板定位；模具通过浇注套定位圈与注射机的中心定位孔定位；动模垫板与动模固定板不需要销钉精确定位；垫快不需要与动模固定板用销钉精确定位；顶出垫板不需与顶出固定板用销钉精确定位。

模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。

两模板之间应有分模隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。

6.1定模座板（250315，厚25mm）

主流道衬套固定孔与其为H7/m6过渡配合；

通过6个ø10的内六角螺钉与定模座板连接；

定模垫板通常就是模具与注射机连接处的定模板。

6.2定模板（200315，厚25mm）

上面的型腔为整体式；

有四个型芯固定孔；

其导柱固定孔与导柱为H7/m6过渡配合。

6.3动模座板（250315，厚25mm）

用于固定型芯（凸模）、导套。为了保证凸模或其它零件固定稳固，固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，调质230～270HB；

导套孔与导套为H7/m6或H7/k6配和；

型芯孔与其为H7/m6过渡配合。

6.4动模板（200315，厚32mm）

其注射机顶杆孔为ø50mm；

其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。

6.5动模垫板（又称支承板）（200315，厚32mm）

垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯、导柱或顶杆等脱出固定板，并承受型腔、型芯或顶杆等的压力，因此它要具有较高的平行度和硬度。一般采用45钢，经热处理235HB或50钢、40Cr、40MnB等调质235HB，或结构钢Q235～Q275。还起到了支承板的作用，其要承受成型压力导致的模板弯曲应力。

6.6垫块（40315，厚63mm）

①主要作用：在动模座板与动模垫板之间形成顶出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。

②结构型式：可为平行垫块、拐角垫块。（该模具采用平行垫块）。

③垫块一般用中碳钢制造，也可用Q235A制造，或用HT200，球墨铸铁等。

④垫块的高度计算：

h垫块=h推出距离+h推板+h推杆固定板+Δ

=10+16+20+12

=58（mm）

式中 Δ—顶出行程的余量，一般为5～10mm，以免顶出板顶到动模垫板，有模架系列表，选取63mm。

⑤模具组装时，应注意左右两垫块高度一致，否则由于负荷不均匀会造成动模板损坏。

6.7推杆固定板（118315，厚16mm）

固定推杆。

6.8推板（118315，厚20mm）

7.合模导向机构的设计

注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面导向机构用于动、定模之间的精密对中定位。

7.1机构的功用

7.1.1导向机构的功用

①

②

③

④

定位作用；

导向作用；

承载作用；

保持运动平稳作用。

7.1.2定位机构的功用

对于薄壁、精密塑件注射模，大型、深型腔注射模和生产批量大的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，有保持精密定位和同轴度的要求。

当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选用即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人员根据模具结构进行具体设计。

此模具为小型模具，对精度要求也不是很高，所以不需要用定位机构，可直接由导向机构定位。

7.2导向结构的总体设计

（1）导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止导柱和导套压入后变形；

(2)该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称布置；

(3)该模具导柱安装在动模固定板上，导套安装在定模固定板上；

(4)为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应制有承屑板，即可削去一个面或在导套的孔口倒角；

(5)各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行；

(6)在合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏；

(7)当动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。

7.3导柱的设计

(1)该模具采用带头导柱，且不加油槽；

(2)导柱的长度必须比凸模端面高度高出6～8mm；

(3)为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分；

(4)导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标

准模架知为ø20；

(5)导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合；

（6）导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4μm；

（7）导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。

7.4导套的设计

（1）结构形式：采用带头导套（Ⅰ型），导套的固定孔与导柱的固定孔可以同时钻，再分别扩孔，以保证其配合精度；

(2)导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气；

(3)导套孔的滑动部分按H8/f7或H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为Ra0.4μm。导套外径按H7/m6或H7/k6配合镶入模板；

⑷导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱的硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。

7.5导柱与导套的配合形式

导柱与导套的配用形式要根据模具的结构及生产要求而定，该模具采用的配合形式如下图所示：

图 7-1 导柱与导套的配用

8.脱模推出机构的设计

制件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则。

① 推出机构应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。

② 保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出。 从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。

③ 机构简单动作可靠 推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。

④良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。

⑤ 合模时的正确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。推出机构的种类按动力来源可分为手动推出，机动推出，液压气动推出机构。

⑥推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象；

⑦推杆的材料常用T8A、T10A碳素工具钢，热处理要求硬度HRC50，工作端配合部分的表面粗糙度为Ra0.8。

8.1脱模阻力计算

塑件壁厚与其内孔直径之比小于1/20，为薄壁壳体形塑件，且塑件断面为矩环形，故所需脱模力的计算公式如下：

Q8tLcos(ftg)10B(N)

(1)K1式中 E——塑料的拉伸模量（MPa）（可由表查得ABS的拉伸模量为 1.91 ～ 1.98）；

——塑料成型平均收缩率(%)(可由表查得ABS成型平均收缩率为0.4%～

0.7%)；

t——塑件的平均壁厚，取1.2（mm）；

L——塑件包容型芯的长度（mm）；

——塑料的泊松比（可由表查得ABS的泊松比为0.38）；

￠——脱模斜度（该模具脱模斜度选定为 2°）；

f——塑料与钢材之间的磨擦系数（可查得ABS与钢材的磨擦系数为0.20 ～

0.25）；

r——型芯大小端平均半径（mm）；

2 B——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积(cm)，当塑件底部上有孔时，10B项应视为零；

K1——由f和￠决定的无因次数，可由下式计算：

K11fsincos≈1

也可根据塑料与钢材的磨擦系数和脱模斜度由表查得 K1=1.0070。

代入计算，得

Q = 3696.11N

8.2推杆脱模机构

推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。

推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用是非常灵活的。

(1）推杆尺寸计算：本设计采用推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：

d=k(L2F脱nE) （4-7）

11410023696.114=1.5×() = 4.15 mm

32.1105d—推杆直径；；

n—推杆的数量，n取3

L—推杆长度（参考模架尺寸，估取L=100）；

E—推杆材料的弹性模量，取E=2.1×10 MPa

k—安全系数，取k=1.5；

F脱—总的脱模力，

F脱=3696.11（N）；

5

实际推杆尺寸直径查取标准，取为4.2mm，可见是符合要求的。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为：

d≥4F脱n[压] （4-8）

＝满足强度要求。

43696.11＝ 3.23mm

33.14150[压]—推杆材料的许用压应力, [压]附2=150Mpa。

推杆的结构图如下所示：

(2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。

（3）推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱。

（4）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用弹簧复位机构，弹簧复位机构是一种最简单的复位方式。推出时弹簧被压缩，而合模时弹簧的回力就将推出机构复位。

(5）推杆与模体的配合：推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢出为标准。配合长度一般为直径的1.5~2倍，至少大于15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的.

9.侧向分型抽芯机构的设计

9.1侧向分型抽芯机构原理

侧型芯的抽芯方式9-1

上图所示滑块抽芯机构，型芯处在定模一边。脱模时，可实现先由上示侧抽芯机构控制的抽芯动作，将型芯抽出，然后再实现塑件的脱模。

滑块楔固定不动，开模时，型腔模板跟随动模下移，塑件继续留在模腔内，而滑块沿滑槽移动，从而实现侧抽芯，当侧型芯完全脱离塑件后，有限位钉限制型腔模的移动，即而使塑件从型腔模内脱离，然后再有推杆将塑件推出，从而实现整个注塑过程。

9.2侧型芯具体尺寸的确定

(1).侧抽芯的基本尺寸

根据模具的整体结构尺寸和抽芯机构抽芯距及抽芯力计算如下：

000 斜滑块的导向斜角一般取5～15，在此取10，侧向抽芯距为1.2mm，则

h=1.2=7.58mm

tan10 故需要型腔模板随动模板下移7.58mm即可将侧型芯脱离塑件。

在此取10mm的距离，足以使侧型芯脱模。

(2).侧抽芯机构的各个部分的结构图如下所示：

侧型芯9-2

滑块9-3

滑槽9-4

如图9-3所示的侧型芯与图9-2滑块用圆销铆接后，滑块在图9-4的滑楔槽中移动，由于滑楔槽是成一定角度倾斜的，滑块移动的同时即实现了侧抽芯。

（3）侧抽芯的导滑形式 采用圆形导杆与滑块圆孔配合来实现侧向的移动，侧抽芯与导滑孔之间是间隙配合，配合精度可选H8/f7或H8/f8，导滑孔硬度应达到HRC52～56。

9.3侧抽芯辅助零件设计

为了开之前，侧抽芯机构能够顺利地实现抽芯动作，需在型芯固定板上装4个对称布置的弹簧顶销。

（1）顶销为圆头销：材料35钢、热处理43～48HRC

（2）弹簧的规格及尺寸：

圆柱螺旋压缩弹簧：材料65Mn、型号为1.612247Ⅲ类

6 此弹簧受变负荷作用，次数在10次以上，最大工作负荷为103.55N。

该模具在开模时，由于弹簧的推顶作用以及型腔模座的自重，型腔模下移，使得开模过程是先实现侧抽芯动作后再开模，因此不会造成塑件纵向开模时损坏的情况。

10.排气设计

在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。

模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。PS料推荐的排气槽深度为0.02。

4.11.1排气设计原则：

通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则：

（1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故；

（2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出；

（3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便；

（4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端；

(5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕；

(6）若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时，

可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气；

(7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出；

若制件具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统，那是因为制件表面与型心表面之间在脱模过程中形成真空，难于脱模，制件容易变形或损坏。热固性塑料制件在型腔内的收缩小，特别是不采用镶拼结构的深型腔，在开模时空气无法进入型腔与制件之间，使制件附粘在型腔的情况比热塑性制件更甚，因此，必须引入引气系统。

11.成型零件的设计

成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。

模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。

注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。

设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。

在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。

11.1成型零件的选材

对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：

①机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。

②抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra≤0.05μm。要求钢材硬度在HRC35～40为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。

③耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。

④具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。

根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实，再依照上述标准，故笔者在设计成型零件(凹模)中选用了镜面钢PMS。

PMS（10Ni3CuAlVS）的供货硬度为HRC30，易于切削加工。而后在真空环境下经过500～

550℃，以5～10h时效处理。钢材弥散析出复合合金化学物，使钢材硬化，具有HRC40～45，耐磨性好且处理过程变形小。由于材质纯净，可作镜面抛光，还有较好的电加工及抗锈蚀性能。

11.2凹模部分的结构设计

11.2.1凹模的结构形式

凹模可由整块材料制成，制成整体式凹模。凹模位于定模板上，因为模具为一模两腔的结构，所以需要采用两个型腔。

11.2.2凹模尺寸的计算

为计算简便起见，凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。

⑴凹模径向尺寸计算

凹模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：

3LM1ScpLs4式中

LM——凹模径向尺寸（mm）；

z

Scp——塑件的平均收缩率（ABS收缩率为0.3%～0.8％，平均收缩率为0.55%）；

Ls——塑件径向公称尺寸（mm）；

——塑件公差值(mm)（3/4项系数随塑件精度和尺寸变化，一般在0.5～0.8之间，取0.6）；

z——凹模制造公差（mm）(当尺寸小于50mm时，δz=1/4Δ；当塑件尺寸大于50mm时，δz=1/5Δ)；

Smin——塑料的最小收缩率（％）。

凹模长度尺寸计算为：

LM10.55%820.6凹模宽度尺寸计算为：

0.1281.8510.12

LM10.55%420.6⑵凹模深度尺寸计算

凹模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：

0.1241.6310.12

HM21ScpHs3z

式中

HM——凹模深度尺寸（mm）；

Hs——塑件高度公称尺寸（mm）；

2/3项，有的资料介绍系数为0.5;其他符号意义同上。

HM10.55%13.20.5⑶中心距尺寸计算,公式如下

0.112.77260.1

LM1ScpLsLM——模具中心距尺寸（mm）；

Ls——塑件心中距尺寸（mm）。

所以

z2

LM10.55%500.0550.2750.05

11.2.3凹模结构图

定模板上还设置了抽芯机构以及分流道的垂直部分，可知型腔模板及凹模部分结构如下图所示：

图 11-1 凹模

11.3凸模部分的结构设计

11.3.1凸模尺寸的计算

⑴凸模径向尺寸计算

凸模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下：

3LM1ScpLs

4zLM——型芯径向尺寸（mm）；

z——型芯的制造公差（mm）；

其他符号意义同上。

凸模长度尺寸计算为：

LM10.55%79.60.60.1280.63780.12

凸模宽度尺寸计算为：

LM10.55%39.60.60.140.41780.1

⑵凸模深度尺寸计算

凸模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：

2HM1ScpHs

3zHM——凸模深度尺寸（mm）；

Hs——塑件孔深度尺寸（mm）；

其他符号意义同上。

LM10.55%120.50.112.5660.1

⑶中心距尺寸计算,公式如下

LM1ScpLsz2

LM——模具中心距尺寸（mm）；

Ls——塑件心中距尺寸（mm）。

所以

LM10.55%47.60.0547.86180.05

11.3.2凸模形状的确定

根据模具的具体结构，可设计出型芯嵌块如下图所示：

图11-2凸模型芯

12. 温度调节系统的设计

在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约80%，然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求有尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度，塑件和模具间的热循环交互作用等。

12.1温度对塑件质量的影响

（1） 低的模具温度可降低塑件的收缩率。

（2） 模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快，可降低塑件的翘曲变形。

（3） 对结晶性聚合物，提高模具温度可使塑件尺寸稳定，避免后结晶现象，但是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。

（4） 随着结晶型聚合物的结晶度的提高，塑件的耐应力开裂性降低，因此降低模具温度是有利的，但对于高粘度的无定型聚合物，由于其耐应力开裂性与塑料的内应力直接相关，因此提高模具温度和充模，减少补料时间是有利的。

（5） 提高模具温度可以改善塑件的表面质量。

在注射成形过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，根据塑料的要求，注射到模具内的塑料温度为200C左右，而从模具中取出塑件的温度约为60C，温度降低是由于模具通入冷却水，将温度带走了，普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度

使用的塑料是ABS，要求模温高，若模具温度过低则会影响塑料的流动性，增加剪切阻力，使塑件的内应力较大，甚至还出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。因此在注射开始时，为防止填充不足，充入温水或者模具加热。

00

总之，要做到优质、高效率生产，模具必须进行温度调节。

对温度调节系统的要求：

（1） 确定加热或是冷却；

（2） 模温均一，塑件各部分同时冷却；

（3） 采用低的模温，快速且大量通冷却水；

温度调节系统应尽量结构简单，加工容易，成本低谦。

12.2 模具冷却系统的设计

根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。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4根，冷却水口口径为6mm.

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；

⑵冷却水孔到型腔表面的距离相等；

⑶冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大；

⑷冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。

⑸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。

⑹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。

12.3模具冷却流道分布图

冷却水道布局图11-1

分析

13.1模流分析

本次设计采用塑件顾问（Plastic Advisers）进行模流分析，塑件顾问是Pro/E系统的外持程序之一，属于CAE分析软件，专门用来处理塑料射出成形的模流分析，使设计者能在模具设计的阶段，对塑料在型腔中的弃填情况能够有所掌握。能检测出你所做出来的铸件的质量，而且塑料顾问工具能模拟浇铸塑料零件的铸模填充动作。高级特征提供了有用的工艺性知识，它们可以大大减少后期的设计更改和重新设计铸模的成本。

分析过程：

(1)对产品造型分析出最佳浇口位置，在最佳浇口位置设置浇口，查看填冲情况，在这个过程中还可以进行选材，得出最佳材料及最佳浇口位置。

(2)铸件模流分析，确定浇口，分流道形状。同样通过上盖部分来确定。

(3)通过质量预测结果，分析结构问题，看是否能使情况改善。

以下是分析结果，可以看出，塑件模流分析出来的质量还是不错的。

13.2分析结果如下图所示：

（1）最佳浇口分析：如下图中蓝色区域为最好，即下图靠近中心圆键处；

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