模具设计毕业设计注塑设备设计

前言

第二章注塑设备选择

第2.1节估算塑件体积

该产品大批量生产故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，可采用侧浇口自动脱模结构。由于塑件中等大小，所以模具采用一模二腔结构，浇口形式采用侧浇口。

2.1.1计算塑件体积

由第一章可知塑件材料PMMA的密度为1.16～1.20g.cm3-，收缩率为1.6%～2.0%，计算出其平均密度为1.18 g.cm3-，平均收缩率为1.8%。经测绘初步估算得

塑件体积 V

塑

=9.18+1.428+7.722+0.33+0.32+2.62=21.6 cm3；

塑件质量M

塑= V

塑

ρ=21.6 cm3×1.18 g.cm3-=25.488g；

2.1.2 浇注系统凝料体积的初步估算

可按塑件体积的0.6倍估算，由于该模具采用一模二腔。

1.所以浇注系统凝料体积为

V

2=2V

塑

×0.6=2×21.6×0.6=25.92 cm3；

2.该模具一次注塑所需塑料的体积为

V

0=2V

塑

+ V

2

=2×21.6+25.92=69.12 cm3;

第2.2节注塑机型号的选定

根据塑料制品的体积与质量，以及成型工艺参数初步选定注塑机的型号为SZ—200/1000型卧式螺杆注塑机

2.2.1 注塑机的主要技术参数

如表2.1所示

表2.1

注： 该注塑机由宁波市金星塑料机械有限公司生产 2.2.2 型腔数量的校核

1.由注塑机料筒塑化速率校核型腔数目 n ≤

1

2

3600m m KMt -；

上式右边≈12≥2，符合要求。

式中 K ——注塑机最大注塑量的利用系数，取0.8；

M ——注塑机的额定塑化量(g/h 或cm 3/h),该注塑机为14g/s ； t ——成型周期，因塑件较小，壁厚不大，取45s ； m 1——单个塑件质量 25.48g ； m 2——浇注系统所需塑料质量 30.58g ； 2.按注射机的最大注射量校核型腔数目 n ≤

2

1

m m Km n -； 上式右边≈5.4≥2符合要求；

式中 m n ——注射机允许的最大注射量(g 或cm 3) 210 cm 3； 3.按注射机的额定锁模力校核型腔数目

注射机在充模过程中产生的胀模力主要作用在两个位置： 在两瓣合模上的作用面积约为A 11≈24×135=3240mm 2； 瓣合模与支撑板的接触处的作用面积A 12≈17×135=2295mm 2； n ≤

1

2

A P A P F 型型-

上式右边≈3.1≥2符合要求；

式中 F ——注射机的额定锁模力(N)，该注射机为4×105N ；

A

1——2个塑件在模具分型面上的投影面积(mm2), A

1

=2A

11

=6480mm2；

A

2——浇注系统在模具分型面上的投影面积(mm2), A

2

=0.35A

1

=2268mm2；

P

型

——塑料熔体对型腔的成型压(MPa),一般是注射压力的30%～65%，该处取型腔的平均压力为45MPa；

第三章拟定模具结构形式

第3.1节分型面位置的确定

在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具设计制造都有很大的影响。因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。

3.1.1 分型面的选择原则

1.有利于保证塑件的外观质量；

2.分型面应选择在塑件的最大截面处；

3.尽可能使塑件在动模一侧；

4.有利于保证塑件的尺寸精度；

5.有利于简化模具结构；

6.有利于排气；

该塑件在模具设计时已经充分考虑了上述原则，同时根据提供的塑件实体并无侧边凹凸和槽，所以分型时只需轴向抽芯分型。

3.1.2分型面的选择及模具结构

充分考虑以上条件及有利于工艺操作，将分型面选择在塑件下表面如图3-1所示

图3-1 1.组合上型芯， 2.定模型腔板，

3.动模型腔板，

4.下型芯。

第3.2节确定型腔数目及排列方式

当塑件分型面确定之后，就需要考虑是采用单型腔模还是多型腔模。

一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对精度要求不高的小型塑件（没有配合要求），形状简单，有是大批量生产时，若采用多型腔模具，就有独特的优越性，使生产效率大为提高。故有此初步拟定采用一模两腔，如图3-2所示。

图3-2 型腔分布

第四章浇注系统形式和浇口设计

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，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。

第4.1节主流道设计

主流道位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴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

4.1.1 主流道尺寸

1.主流道小端直径 D=4（注射机喷嘴直径）+（0.5～1）

取D=5mm；

2.主流道球面半径 SR

=15(注射机喷嘴球头半径)+（1～2）mm

=16；

取SR

3.球面配合高度 h=3mm～5mm 取h=3mm；

4.主流道长度尽量小于60mm 由标准模架结合该模具结构

取 L=32+22=54mm；

5.主流道大端直径 D/= D+2tanα≈7.26（取锥角α=3°）

D/=7mm；

=56mm；

6.浇口套总长 L

4.1.2主浇道衬套形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触属易损件，对材料要求严格，因而

模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效地选用优质钢单独进行加工和热处理，如图所示，材料采用T8钢，热处理淬火后表面硬度为50HRC～55HRC，如图4-1所示。

为了便于加工和缩短主流道的长度，衬套和定位圈设计成分体式。

图4-1 衬套

定位圈的结构尺寸如图4-2所示

图4-2 定位圈

第4.2节 分流道设计

4.2.1 分流道的布置形式

分流道在分型面上的布置与型腔排列相关，但应遵循两方面的原则：

一、排列紧凑，缩小模具板面尺寸； 二、流程尽量要短，锁模力力求平衡。

该模具的流道位置布置采用平衡对称式，这样弯折少，长度短，无其他最佳方案选择

4.2.2 分流道的长度

梯形分流道的单向长度 L 1=32mm ； 总长度 L=2L 1=64mm 。 4.2.3 分流道的形状及尺寸

为了便于加工及凝料的脱模，分流道大多设置在分型面上，工程设计中常采用梯形截面，加工工艺性能好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大，因此该模具的分流道也采用梯形，可根据以下经验公式确定其截面的尺寸即：

B=0.265441L m , H=

B 3

2

; B=0.2654435488.25≈3.28 取B=5, H=4.5；

式中 B ——梯形最大底边的宽度； m ——塑件的质量（g ） 25.488； L 1——单向分流道的长度 35mm ； H ——梯形的高度。

注：上式的使用范围，即塑件厚度在3mm 以下，质量小于200g ，且B 的计算结果在3.2～9.5mm 范围内才合理。

第4.3节 主流道冷料井设计

冷料井位于主流道正对面的动模板上，其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量。开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料井的直径应稍大于主流道大端的直径，该模具采用底部装有拉料杆的Z 字形槽

冷料井。

拉料杆直径d=7（主流道大端直径）+1=8mm ， 冷料井深度取11mm 。

第4.4节 浇口设计

浇口是连接流道与型腔之间的一般细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形式、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。

浇口截面积通常为分流道截面积的0.07~0.09倍，浇口的截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度为0.5mm~2.0mm 。浇口的具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。 4.4.1 浇口的类型及位置的确定

该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时从所提供的塑件中可以看出，在中部￠33的圆周上设置侧浇口比较合适。侧浇口开在垂直的分型面上，从型腔（塑件）外侧面进料，侧浇口是典型的矩形截面浇口，能方便的调整冲模时的剪切速率和浇口的封闭时间，因而又称为标准浇口。这种浇口加工容易，修整方便，而且可以根据塑件的形状特征灵活的选择进料位置，因此它是广泛应用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具中。 4.4.2 浇口结构尺寸的经验计算 1.侧浇口深度和宽度经验计算

经验公式为

h=nt=0.8×2=1.6mm ， w=

30A n =30

5535

8.0≈2.23mm ； 综合实际因素取：h=1mm ， w=2mm ； 式中h ——侧浇口深度；

w ——浇口宽度； A ——塑件外表面积；

t ——塑件厚度（平均厚度约为2mm ）； n ——塑件系数，由表 查得n=0.8。 表 塑料材料系数n

2.侧浇口的经验计算

由于侧浇口的种类较多，现将常用的经验数据列于表

表侧浇口的推荐尺寸

综上得侧浇口尺寸：深度h=1.6mm

宽度w=2mm

长度l=1.5mm

其尺寸实际应用效果如何，应在试模中检验与改进。

4.4.3 浇注系统的平衡

对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，因此整个叫住系统理应是平衡的。

4.4.4 浇注系统凝料体积计算

1.主流道与主流道凝料井凝料计算

V

主=3

2

2

2

2

236

.

1070

56

2

5

3

1

112

2

7

3

1

mm

≈

?

?

-

?

?π

π；

2.分流道凝料体积

V

梯=3

5.

1417

5.4

)5

4(

2

1

70mm

=

?

+

?

?；

3.浇口凝料体积

V

浇

很小，可取为零。

4.浇注系统凝料体积

V

总= V

主

+ V

梯

+ V

浇

=1070.236+1417.5+0=2487.7363

mm；

由于该值小于前面对浇注系统凝料的估算，所以前面的有关浇注系统的各项计算与校核符合要求，不需要从新计算。

4.4.5浇注系统各截面流过熔体的体积计算

1.流过浇口的体积

V

3=V

塑

=21.63

cm；

2.流过分流道的体积

V

2=V

塑

+ V

梯

=23.013

cm；

3.流过主流道的体积

V

1=2V

2

+ V

主

=48.503

cm；

4.4.6普通浇注系统截面尺寸的计算与校核

1.确定适当的剪切速率γ

根据经验浇注系统各段的γ取以下值，所成型塑件质量较好。1）主流道

γ

S =1

2

10

5-

?S～1

3

10

5-

?S

2）分流道

γR =1

2

10

5-

?S

3）侧浇口

γG =1

3

10

5-

?S～1

4

10

5-

?S

2确定体积流率（浇注系统中各段的q值是不相同的）

1）主流道体积流率q

S

因塑件小，即使是一模两腔的模具结构，所需注射塑料熔体的体积也不是很大的，而主流道的尺寸并不小（和注射机喷嘴孔直径相关联）因此主流道体积流率并不

大，取γ

S =1

3

10

1-

?S代人得

q

S =

S

S

Rγ

π

3

4

=3

310

65

.0

4

?

?

π

=21.563

cm/s；

2）浇口体积流率q

G

侧（矩形）浇口用适当的剪切速率γ

G =1

4

10

1-

?S代人得

q

G =

6

2

G

Whγ

=6

10

1

1.0

2.04

2?

?

?=8.53

cm/s；

3.注射时间（充模时间）的计算 1）模具充模时间 t S =

s S q V =56

.215.48=2.24s ； 式中q S ——主流道体积流率；

t S ——注射时间，s ；

V S ——模具成型时所需塑料熔体的体积，3cm ； 2）单个型腔充模时间 t G =

G G q V =5

.86.21=2.54s ； 3）注射时间

根据经验公式求得注射时间 t= t S /3+2 t G /3≈2.44s

根据表 可知t ＞注射机最短注射时间，所选时间合理。 4.校核各处剪切速率 1）浇口剪切速率 γG =

26Wh

V G =1

3105.61.02.06.216-?=??s 合理； 2）分流道剪切速率 γR =

33.3n

R R q π=1

23105.165.056.393.3-?=?s π，基本合理。 式中 q R =t V 2=9.433

cm /s ，R n =32

2L

A π=0.65。

3）主流道剪切速率 γS =

33.3n

S R q π=1

23102.865.056.213.3-?=?s π，合理。 式中 R n =R S =0.65cm 。

第五章 成型零件的结构设计和计算

塑料模具型腔在成型过程中受塑料熔体的高压作用，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，应通过强度和刚度的计算来确定型腔壁厚，尤其对重要的精度要求高的模具型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。

第5.1节 型芯和型腔的工作尺寸计算

5.1.1 型腔的工作尺寸计算[133×(1+1.8%)+0.75×1.28]0 1.28

6

1?-=136.3540213.0-

1.型腔的径向工作尺寸计算 公式如下：

L=[L 塑（1+k ）+（3/4）△]δ

+0

式中 L 塑——塑件外形公称尺寸 长135mm ，宽25mm ； k ——塑件的平均收缩率 取1.8%； △ ——塑件的尺寸公差 取MT3级；

Δ ——模具制造公差 取塑件相应尺寸公差1/3～1/6; 长度方向 L 长=[133×(1+1.8%)+0.75×1.28])28.1(61

+=136.92

.00+

宽度方向 L 宽=[9(1+1.8%)-0.75×0.16])61.0(31

+=9.04.

05.00+

2型腔的深度工作尺寸计算 公式如下：

H=[H 塑1+k ）-（2/3）△] δ

+0

代入得 H=[17(1+1.8%)-（2/3）])20.0(31

+=17.17.

06.00

5.1.2 型芯的工作尺寸计算 1.型芯的径向工作尺寸计算 公式如下：

l=[l 塑（1+k ）+（3/4）△]0δ-

长度方向 l 长=[112(1+1.8%)+0.75×0.58] 0)

58.0(6

1

-=114.45009.0-

宽度方向 l 宽=[6(1+1.8%)+0.75×0.16] 0)

16.0(6

1-=6.228002.0-

2.型芯的高度工作尺寸计算 公式如下：

h=[h 塑（1+k ）+（2/3）△]0δ-

h=[14(1+1.8%)+(2/3)×0.18] 0)18.0(6

1-=14.37003.0-

3.下模芯的径向工作尺寸计算 公式如下：

l=[l 塑（1+k ）+（3/4）△]0δ-

长度方向 l 长=[131(1+1.8%)+0.75×0.61] 0)

61.0(6

1-=133.815001.0-

宽度方向 l 宽=[5(1+1.8%)+0.75×0.14] 0)

14.0(6

1-=5.19002.0-

4.下模芯的高度工作尺寸计算 公式如下：

h=[h 塑（1+k ）+（2/3）△]0δ- h=[13(1+1.8%)+(2/3)×0.18] 0)

18.0(6

1-=13.35003.0-

5.1.3 型芯位置尺寸计算 公式如下：

C= C 塑(1+k )±δ/2

C=15(1+1.8)±0.2/2=15.27±0.1 5.1.4 型腔侧壁及底板厚度的计算 1.型腔侧壁厚度计算如图5-1 1）刚度计算公式

S=[]3

/1/432???

?

??δEa apL =0.31L []3

/1/?

??

?

??δEa apL

式中 S ——矩形型腔场边的侧壁厚度； P ——型腔所受压力 60Mpa ； L ——型腔长边长度 136mm ；

a ——型腔侧壁受压高度 15mm ； a /——型腔侧壁全高度 17mm ；

[]δ——允许变形量 0.04～0.05mm ；

E ——模具材料的弹性模量 200GPa ；

[]σ——模具材料的许用应力 465MPa ；

S=3

1

9

4651710200136601513631.0??

? ??

??????= 33.6mm 图5-1

2）按强度计算公式

S= []2

/1/22?

??

?

??δa apL =0.71L []2

/1/?

??

?

??δa ap ；

S=2

146517421513671.0??

?

?????=32.5mm ；

2. 型腔底板厚度的计算 1）按刚度计算

h=[]()

3

1323/

4832??

????+-l Ll L Eb Pbl δ h= 2）按强度计算

h=[]()

2

1

/243??

?

???-l L b Pbl δ

h=()2

1

1361992465315424

136423??

????-??????≈13.5m m ＜15mm ，符合要求。

第六章 合模导向机构设计

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，若需要采用精密导向定位装置，则需由设计人员根据模具结构进行具体设计。

第6.1节 导向机构的总体设计

6.1.1 设计要点

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的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。

2.该模具采用4根导柱，其布置为等直径导柱对称分布。

3.该模具导柱安装在支撑板上，导套安装在定模固定板上和推板上。

4.为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应有承屑槽，即可削去一个面或在导套的孔口倒角，该模具采用后者。

5.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。

6.动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。

6.1.2 导柱设计

1.该模具采用带头导柱，不加油槽，如图6-1所示。

2.导柱长度必须比凸模端面高度高出6mm～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的尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架可知为Φ25mm）。

5.导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合。

=0.4μm。

6.导柱的工作部分的表面粗糙度R

a

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50HRC以上或45经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。

图6-1 带头导柱

6.1.2 导套设计

导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的远套型零件。导套常用的结构类型有两种：直导套（GB/T4169.2-1984）、带头导套（GB/T4169.3-1984）。

1.结构形式采用带头导套和直导套两种如图6-2所示；

2.导套的端面应倒角，导柱孔做成通孔，利于排出孔内的剩余空气。

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0.4μm。导套外径与模板一端采用H7/k6配合；另一端采用H7/e7配合镶入模板。

4.导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。

a b

图6-2 a .带头导套 b.直导套

第七章脱模推出机构设计

第7.1节脱模推出机构设计

注射成型的每一个环节中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱

出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称为推出机构。

7.1.1 脱模机构设计原则

脱模机构设计时必须遵循以下原则

1.因为塑料冷却收缩时抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模；

2.顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强条、凸缘、壁厚等处，作用面积尽可能大些，以防止塑件变形和损坏；

3.为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位；

4.若顶出部位需设在塑件使用或装配的基面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.05～0.1mm，否则塑件会引起凸起，影响基面的平整。

7.1.2 脱模机构设计

该模具采用推板推出机构，其结构如图7-1所示

图 7-1 1.定模型腔板 2.推板 3.推杆

4.动模型腔板

5.型芯

1.采用简单脱模机构，在动模一侧施加一次顶出力，就可以实现塑件脱模的机构称为简单脱模机构。通常包括顶杆(或推杆)脱模机构等。

2.顶杆多用T8A或T10A材料，头部淬火硬度达50HRC以上，表面粗糙度取Ra 值小于0.8μm，和顶杆孔呈H8/f8配合。顶杆是模具标准件。

第八章注射机工艺参数校核

第8.1节最大注射压力校核

注射机的额定注射压力即为该注射机的最高压力，即 P max=150MPa，应该大于注射成型时所需调用的注射压力P

即

P max≥k/P

式中 k/——安全系数，常取k/=1.25～1.4，这里取1.25

实际生产中该模具成型时所需压力P

为70～120MPa，代入计算符合要求。

第8.2节最大注射量校核

注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积(包括流道及浇口凝料和飞边),通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注量的80%。所以，选用的注塑机最大注塑量应满足

V max=αV=0.8×210=178.5cm3

式中 V max——模具型腔和流道的最大容积；

V——指定型号与规格的注射机注射容积该注射机取210cm3；

α——注射系数可取0.75～0.85 这里取0.8；

倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长，所以最小注射量容积

V min =0.25V=0.25×210=52.5 cm3

故每次注射的实际注射量容积V应满足 V min＜V

＜V max

而 V

=69.12 cm3，符合要求。

第8.3节锁模力校核

所需锁模力计算

F

锁=KAP

型

=1.2×8748×45=472.3kN

而 F=1000kN ≥F 锁， 符合要求。

第8.4节 安装尺寸校核

8.4.1喷嘴尺寸

1.主流道的小端直径D 大于注射机喷嘴d ，通常为 D=d+(0.5～1)mm

对于该模具d=4mm(见表2.1) 取D=5mm ，符合要求。

2.主流道入口的球面半径SR 0应大于注射机喷嘴球半径SR ，通常为 SR 0=SR+(1～2)mm

对于该模具SR=15mm(见表2.1) 取SR 0=16mm ，符合要求。 8.4.2.定位圈尺寸

注射机定位孔尺寸为Φ5510.00+mm ，定位圈尺寸取Φ5520

.0400.0--mm ，两者之间采用

较松动的间隙配合，符合要求。 8.4.3.最大与最小模具厚度

模具厚度H 应满足 H min ＜H ＜H max ； 式中 H min =150mm ， H max =350mm ；

而该套模具厚度 H=25+80+40+30+20+32+25=252mm ， 符合要求。

第8.5节 开模行程和推出机构的校核

8.5.1 开模行程校核 开模行程 H

H ≥H 1+H 2+（5～10）mm

式中 H ——注射机动模板的开模行程(mm) 取300mm ； H 1——塑件推出行程(mm) 取15mm ； H 2——包括流道在内的塑件高度(mm) 其值为

H 2=17+11+32+25+（5～10）=90～95mm ， 符合要求。 8.5.2推出机构校核

该注射机推出行程为90mm ，大于H 1=15mm ， 符合要求。

第8.6节 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核

该套模具模架的外形尺寸为250mm ×315mm ，而注射机拉杆内间距为315mm ×

315mm，符合要求。