模具毕业设计66视窗注塑模的设计说明书

前言

塑料加工是将原材料转变为制品的关键环节。只有迅速地发展塑料加工，才可能把各种性能优良的高分之材料变成功能各异的制品，在国民经济各领域充分发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料及设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值得几十倍、上百倍。因此，模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。模具工业的重要性已引起国家的高度重视，国务院2000年7月27日颁布的《当前国家鼓励发展的产业、产品和技术目录》中，信息产业、机械工业、汽车工业、轻纺工业四大领域，均把模具放在重要位置。

塑料成型加工及其模具技术是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成形机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数字模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。

注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车行业。机械工业等都有广泛应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。但由于注塑制品和成型模具结构方案的千变万化，再加上传统的注塑模具设计多以人工经验为主，注塑模具的结构和设计的要点不易在短期内掌握。

塑料模具设计与制造技术的发展与塑料工业的发展息息相关。由于塑件的制造是一项综合性技术，围绕塑件成型生产将用到有关成型塑料、成型设备、成型工艺、成型模具及模具制造等发面知识，所以这些知识便构成了塑件成型生产的完整系统。它大致可包括产品设计、塑料的选择、塑件的成型、模具设计与制造四个主要环节，在上述四个环节中，模具设计与制造是实现最终目标——塑件使用的重要手段之一。

模具是塑件生产的重要工艺装备之一。模具以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。不同的塑料成型方法使用着不同的模塑工艺和原理及结构特点个不相同的塑料模具。塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素占80%。一副质量好的注射模可以成型上百万次，压缩模大约可以生产25万件，这些都同模具设计和制造有很大的关系。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制

造技术是必不可少的因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才可能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具的设计制造和更新为前提。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件质量的要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业生产高速发展，可以说，模具设计与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度。

随着科学技术的进步与国民经济发展对塑件的广泛需求，塑料模塑成型技术正在向高精度、高效率与长寿命的方向迈进。由于它是一项综合性技术，所以它的发展必然涉及许多领域的共同配合。

第一章塑料制件的设计

塑料制件原料的选取要综合考虑多方面的因素，但首先要了解制品的用途，以及使用过程中的环境状况，如温度高低、是否有化学介质、是否要求其电性能等；在满足其可用性后，在考虑原材料的成本，如原材料的价格、成型加工的难易程度、相应模具造价等。设计时主要是根据使用要求进行设计。要想获得优质的塑件，塑件本身必须具有良好的工艺性，这样不仅可使成型工艺得以顺利进行，而且能得到最佳的经济效益。

塑料的设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能的前提下，尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。同时还应力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。在设计塑件时，还应该考虑其模具的总体结构，使其模具易于加工制造，模具的抽芯结构和推出结构简单。塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。此外，在塑件成型后尽量不再进行机械加工。

本塑件是视窗，其材料采用的是聚苯乙烯（PS），生产类型为大批量生产。

1.1 塑件材料的性能

1.1.1 塑件材料的使用性能

聚苯乙烯电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良，物色透明，透光率仅次于有机玻璃，着色性、化学稳定性、耐水性良好，强度一般，但质脆，易产生应力碎裂，不耐笨，汽油等有机溶剂。适于制作绝缘透明件、装饰件及化学仪器、光学仪器等零件。如：产品包装，家庭用品（餐具、托盘等），电器（透明容器、光源散色器、绝缘薄膜等）。

1.1.2 塑件材料的加工特性

（1）无定型塑料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生应力开裂；

（2）流动性好，溢边值0.03mm左右；

（3）塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件，（如有嵌件应预热），缺口，尖角，各面应圆滑连接；

（4）可用螺杆或柱塞式注塑机加工，喷嘴可用直通式或自锁式；

（5）宜用高料温、高模温、低注射压力，延长注塑时间有利于降低内应力，防

止缩孔、变形（尤其对厚壁塑件），但料温高易出银丝，料问低或脱模剂

多则透明性差；

（6）可采用各种形式的进料口，进料口与塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度易取2°以上，推出均匀以防止脱模不良发生开裂、变形，可用热浇道系统。

1.1.2 塑件材料的物理性能、热性能

1.1.3 塑件材料的力学、电气性能

1.1.4 塑件材料的化学性能

1.1.5 塑件材料的成形条件

1.2 塑件的体积与重量

计算塑件的质量是为了选用注射机及确定型腔数。

1）计算塑件的体积：

通过Pro/ENGINEER软件，绘制出塑件的三维图形后，通过软件的相关功能，求出塑件的体积约为：

3

78

V

.1cm

2）计算塑件的重量：根据设计手册可查得聚苯乙烯（PS）的密度为：

3

ρ

/

=

g

.1cm

05

故塑件的重量为：

.1≈

?

05

=

=ρ

W9.1

.1

V

g

78

1.3 塑件工艺分析及结构设计

塑件的工艺性就是塑件对成型加工的适应性。塑件工艺性的好坏不但关系到塑件能否顺利成型，也关系到塑件的质量以及塑料模具机构是否经济合理。塑件工艺性的好坏主要取决于塑件设计，在设计塑件时不仅要满足使用要求，而且要符合成型工艺特点，并尽可能简化模具结构。这样，不仅能保证成型工艺顺利实施，提高产品质量，又能提高生产率，降低成本。

在设计塑件时，我们必须充分考虑以下一些因素：

（1）成型方法不同的成型方法对其塑件的工艺性要求不同。

（2）塑料的使用性能塑件的尺寸、公差、结构形状应与塑料的物理性能、力学性能等相适应。在保证使用性能的前提下，力求结构简单、壁厚均匀、

使用方便。

（3）塑件的成型工艺性能。

（4）模具结构及加工工艺性塑件的形状应有利于简化模具结构，要考虑模具零件尤其是成型零件的加工工艺性。

塑件工艺性设计的主要内容包括:尺寸、精度、表面质量、结构形状、螺纹、齿轮嵌件等。

1.3.1 塑件成形方法：

热塑性塑料的成形方法主要有挤塑成形、注塑成形、压塑成形、浇注成形等。本塑件采用注塑成形方法。

1.3.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

1）结构分析：

从零件图上分析，该零件总体形状为很薄的一个椭圆，在短轴方向宽度截为20mm，厚度为2mm，在一面有一对对称的勾型结构。因此，模具设计时必须注意设置侧向抽芯机构。

2）尺寸精度分析：

该零件的所有尺寸都未注公差尺寸，由《塑料模设计及制造》表2-5常用材料塑件公差等级和选用（GB/T14486-1993），可选得聚苯乙烯PS 的未注公差尺寸等级为MT5级，由以上分析可见，该零件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关的零件的尺寸加工可以容易的保证。

3）表面质量分析：该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺外，就是上下两个表面要有亮面的效果，所以表面粗糙度值要求比较高，实现也比较容易。

综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

1.3.3 注塑成形塑件工艺结构设计：

在注塑成形塑件设计过程中应该尽量避免凸凹台，然而本塑件下面有勾型的突出结构，由《塑料模设计及制造》P 27，可强制脱模公式计算：

%5%33.13%30

100

)3438(%100)(>≈?-=?-C B A

所以其成形模具中必须设计侧向抽芯结构。 1）脱模斜度

塑件在模具注塑成形过程中，塑料从熔融状态转变为固态状态将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧的包围在模具型芯或型腔中的凸起部分，为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。查《塑料模具设计及制造》表2-11得热塑性塑料PS 的脱模斜度为：

型腔：35′～ 1°30′ 型芯：30′～ 45′

综合考虑本塑件的工艺特性，塑件是扁平的结构，而且只有2mm 厚，因此塑件的脱模斜度都选为40′就能满足要求了。

2） 塑件壁厚

塑件的壁厚对塑件质量有很大影响，是最重要的结构要素，是塑件设计时必须考虑的问题之一。塑件壁厚的最小尺寸应满足以下方面的要求：具有足够的强度和刚度；脱模时能经受推出机构的推出力而不变形；能承受装配时的紧固力。塑件最小壁厚值随塑料品种和塑件大小不同而异。壁厚过大，不但造成原料的浪费，而且对热固性塑料成型来说增加了模压成型时间，并易造成固化不完全；对热塑性塑料则增加了冷却的时间，降低了生产率，另外也影响产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。

所以，塑件的壁厚应有一个合理的范围。查《塑料模具设计及制造》表2-9得热塑性塑料PS 的最小壁厚及推荐壁厚

塑件的壁厚与流程有关，因为各种塑料在其常规工艺参数下，流程大小还与塑件壁厚成正比。壁厚则其流程长，查《模具设计大典》表8.5-8，由壁厚与流程关系式计算相应的塑件最小壁厚

min S =6.0)5.0100(?+L =6.0)5.0100

6

2547(?+++=0.768mm 式中 min S —— 最小壁厚(mm)

L —— 流程(mm)

热塑性塑料PS 的壁厚一般为2.25～2.60mm,而从塑件的壁厚来看，塑件壁厚为2㎜，在材料允许的范围之内且较均匀，有利于零件的成型加工。

第二章总体设计方案的确定

2.1 分型面的选择

在选择分型面时应遵循如下原则：

（1）分型面应选在制品的最大截面处，否则制品无法脱模。在选择分型面时这是首要原则。

（2）尽可能使制品留在动模一侧，因为注塑机的推出液压缸设在动模一侧，制品留在动模一侧有利于脱模机构的设置。

（3）有利于保证制品的尺寸精度。

（4）有利于保证制品的外观质量。

（5）尽可能满足制品的使用要求。

（6）尽量减小制品在合模方向上的投影面积，以减小所需的锁模力。

（7）长型芯应置于开模方向。

（8）有利于排气。

（9）有利于简化模具结构。

（10）在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方向。

（11）考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。

图2.1 塑件分型面的选择

根据零件的形状结构，制品的形状位置按零件的厚度方向要与注塑机的开模具方向平行，并且上表面朝向定模，注塑口在侧面，使的制品上下表面较光滑，而且注塑点也比较隐蔽。该塑件表面质量要求较高，塑件外观和尺寸精度要求不高。选择如图2.1所示的分型面，脱模过程中塑件冷却，加上拉料杆的作用，留于动模，便于塑件脱模。此外，还可降低模具的复杂程度和便于侧抽芯。

2.2 排气方式的确定

在注塑过程中，需要排出的气体主要有两种：一是浇注系统和模腔内的气体，二是熔体分解放出的气体和模具受热放出的气体，常见的排气方式有：（1）排气槽排气；（2）分型面排气；（3）推杆间隙排气；（4）粉末烧结合金块排气；（5）强制排气。在该设计中，由于制品的结构简单，可采用分型面、推杆间隙、侧向抽芯间隙等排气。

凹模是用于成形制品外表面的成形零件，它的主要形式有整体式和组合式，在此设计中采用的是整体式结构。

2.3 型腔数目和排列方式的确定

该制品最大高度为6mm,最大长度为50mm,最大宽度20mm，重量约为1.9g, 制品结构相对简单，但是侧向有凹槽和凸台，所以要采用侧向抽芯机构。对制品的尺寸、外

形结构等方面考虑，采用一模两件，这样可以使模具结构相对简单，制品尺寸精度得以提高，而且可以使制品一次注塑成型。

在本设计中采用一模两件有如下优点： 1）塑料制件的形状和尺寸始终一致； 2）工艺参数易于控制；

3）模具结构简单紧凑，设计自由度比较大； 4）还具有制造成本低，制造周期短等优点。

本塑件在注射时采用一模两件，即模具只需要两个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素，将两型腔对称置于模具中心，左右对称，使得注塑压力分布均匀,将抽芯部位置于两侧。

2.4 注塑机的选择

计算一次注塑所需的模料体积。该模具为一模两件，浇注系统体积粗略估计为43cm ,则一次注塑所需的塑料为：

38.7429.1cm V =+?=

理论注塑量为：

30108.0/8.7cm V ≈=

根据理论注塑量初步选择SYS-30（立式）型塑料注塑成型机,其主要技术参数如下:

第三章标准模架的选用

按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的（二板式模具）所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式模具）所选用的模架。

大水口模架总共有四种形式：A型、B型、C型、D型。

小水口模架就是指采用点浇口的模具所选用的模架，总共有8种型式：DA型、DB 型、DC型、DD型、EA型、EB型、EC型、ED型，其中以D字母开头的4种型式适用于自动

断浇口模具的模架。

模具结构采用一模两腔两板式结构，采用侧浇口顶出机构直接采用顶杆顶出。

根据《塑料模具设计》附录B所提供的模架图选模架型号为：1515-CI-30-40-60。具体结构见模具装配图。

第四章浇注系统的设计及计算

浇注系统设计是注塑模具设计中最重要的问题之一。浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。它的设计合理与否，直接影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易。

注塑模具的浇注系统通常由主流道、分流道、浇口、和冷料穴四部分组成。

浇注系统设计原则：

（1）结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置。 （2）尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间。

（3）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气和补锁。

（4）避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生。 （5）浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和修整。

（6）熔接痕部位与浇口尺寸，数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响。

（7）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量。

（8）浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求。

（9）设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。

（10）应尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合也应使两者的偏离距离尽可能缩小。

4.1 主流道设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中，主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套，浇口套结构形式见零件图。

为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径D 应稍大于注射机喷嘴直径d ，通常为

mm d D )1~5.0(+= （《中国模具设计大典》式

9.2-7）

主流道入口的凹坑球面半径2R 也应大于注射机喷嘴球头半径，通常为

mm R R )2~1(12+= （《中国模具设计大典》式

9.2-8）

由上章可知mm d 3φ=，mm R 121=代入上面两式得：

mm D 4~5.3)1~5.0(3=+=

mm R 14~13)2~1(122=+=

取D =3.5mm ，2R =14mm 。

主流道的半锥角α通常为 2~1。过大的锥角α会产生湍流或涡流卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。本浇注系统中，选择主流道的半锥角为1.5°。主流道内壁的表面粗糙度应在Ra0.8m μ以下，抛光时沿轴向进行。主流道的长度由模板的厚度确定，为减少熔体充模时的压力损失和物料损耗，应尽可能缩短主流道的长度，一般控制在60mm 以内。主流道的出口应有较大的圆角，其半径r 约为D 8

1。浇口套常用T8或T10钢材制作，经淬火洛氏硬度为50～55HRC 。

4.2 分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的进料通道。在多型腔模具中分流道是必不可少的，而在单型腔模具中，有时可省去分流道。在分流道设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。

根据分型面及型腔的位置情况，选择分流道的截面形状为矩形，根据制品重量和壁厚由《中国模具设计大典》图9.2－12查得，分流道的宽度约为3.6mm,取 D=4mm ,则分流道高度 h ＝mm D 2242==（《中国模具设计大典》图9.2－10）。分流道的

长度由型腔的具体位置定。

4.3 浇口设计

浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。

常用的浇口类型有直浇口、侧浇口、点浇口等几种形式。

本模具浇注系统采用侧浇口形式，这种浇口熔体从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形。其优点是截面形状简单、易于加工、便于试

模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口的痕迹。

侧浇口深度和宽度的经验公式如下：

nt h = （《中国模具设计大典》式 9.2-13）

30

A

n W = （《中国模具设计大典》式 9.2-14）

式中 h ——侧浇口深度（mm ），中小型制品常用h ＝0.5～2mm ，约为制品最大厚度

的3

2~31 ；

t ——制品厚度（mm ）； n ——塑料材料系数 ； W ——浇口宽度（mm ）；

A ——型腔表面积，即制品外表面积（mm 2）

聚苯乙烯PS: mm n 2= （《中国模具设计大典》表

9.2-2）

mm t 2=

21280)2050()220(2)250(2mm A =?+?+?≈

∴ mm nt h 2.126.0=?== mm A n W 76.030

1280

6.030≈?==

由《模具设计与制造简明手册》表2－51 取mm h 1=; mm W 2=; 浇口长mm l 1=

4.4 流动比校核

在确定塑料制件的浇口位置时，还应该考虑塑料的允许的最大流动距离比（简称流动比）。流动比是指融体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。

当浇注系统和型腔尺寸各处不等时，流动比计算公式为： K=∑

=n

i ti Li 1=71.332

27

48211292.44525544332211≈+?+++≈++++t L t L t L t L t L

∴Kp

K（《中国模具设计大典》式

<

=

~

280

300

9.2-20）

式中 K ——流动比；

L——流动路径各段长度（mm）；

i

t——流动路径各段的型腔厚度（mm）；

i

n——流动路径的总段数

Kp——允许的流动比， PS为280～300 （《中国模具设计大典》表9.2-4）。

第五章 成型零件设计

5.1 成型零件结构设计 5.1.1 凹模的结构设计

本模具采用一模一件的结构形式，考虑到塑件的结构比较简单，凹模都采用整体式结构。整体式凹模由整块材料加工制成，整体式凹模的特点是强度高和刚度高，不会使制品产生拼接缝痕迹。但加工较困难，需用电火花机床和立式铣床加工，热处理也不方便，仅适合于形状简单的中小型制品。其结构形式见零件图。

5.2 成型零件工作尺寸计算

该成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。

在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑件和成型零件的尺寸均按单向极限制，如果塑件的公差时双向分布的，则应按这个要求加以换算。而孔中心矩尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。

查《中国模具设计大典》表 9.4-4可知聚苯乙烯材料的成型收缩率为S ＝0.2～0.6％，故平均收缩率

%4.02

)%

6.02.0(=+=

cp S

查《中国模具设计大典》表 9.4-5取模具制造公差4?=?m 。 4.2.1 凹模的径向尺寸计算

凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐的增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。

凹模的径向尺寸计算公式：

()[]

m

x d S D cp m ?+?

-+=0

1 （《中国模具设计大典》式

9.4-10）

式中 m D ——凹模径向名义尺寸（最小尺寸）；

cp S ——所采用的塑料的平均成型收缩率 ；

d ——制品的名义尺寸（最大尺寸）；

x ——成型零件工作尺寸的修正系数

（可由《中国模具设计大典》表 9.2-4表9.4-7查得）；

?——制品公差（负偏差）；

m ?——模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3～1/6。 尺寸040.02-：

()[]

()[]1

.00

4

40

.00

75.74.065.02%4.011++?+=?-?+=?

-+=m

x d S D cp m

尺寸024.04-：

()[]

()[]

06

.00

424

.00

52.324.070.04%4.011++?+=?-?+=?-+=m

x d S D cp m

尺寸044.020-：

()[]

()[]

11

.00

444

.00

19.8244.060.020%4.011++?+=?-?+=?

-+=m

x d S D cp m

尺寸064.050-：