注射模具课程设计

注射模具课程设计

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摘 要

本次的模具设计，制件选用ABS材料，采用推板退出。通过对塑件进行工艺的分析和比较，针对零件的具体结构，选用限制性侧浇口的单分型面注塑模具，并且采用一模三腔形式。从具体模具结构出发对模具的浇注系统，模具成型部分结构，顶出系统，注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计，同时简单的编制了模具的加工工艺，通过设计表明该模具结构合理，具有一定的推广价值。

关键词：推板退出，单分型面注塑模，限制性侧浇口，ABS ，一模三腔

I

目 录

前 言 ................................................................................... 1 第1章 产品工艺性分析........................................................... 2

1.1 ABS塑料的材料性能 .................................................... 2 1.2 成型特性及条件 .......................................................... 2 1.3 结构工艺性 ................................................................. 3 1.4 零件体积及质量估算 ................................................... 3 1.5锁模力的计算 .............................................................. 3 1.6初选注射成型机的型号及规格 ...................................... 3 第2章 塑料膜结构设计........................................................... 5

2.1 型腔数目和分布 .......................................................... 5 2.2 选择分型面 ................................................................. 5 2.3 确定浇注系统尺寸 ........................................................ 5

2.3.1 主流道设计 ........................................................... 5 2.3.2 分流道设计 .......................................................... 6 2.3.3浇口设计 ............................................................. 6 2.4 凹凸模的设计 ................................................................ 7

2.4.1 凹模的尺寸 ......................................................... 7 2.4.2 凸模的结构设计 ................................................... 7 2.5 确定型腔、型芯的结构及固定方式 ................................ 7

2.5.1 型腔、型芯的结构设计 ........................................ 7 2.5.2 固定方式 ............................................................. 9 2.6 确定顶出方式 ............................................................... 9 2.7 确定导向机构 ................................................................ 9

2.7.1导柱结构形式 ....................................................... 9 2.7.2导柱的布置 ......................................................... 10

第3章 模架的设计及工作原理 ................................................ 11

3.1 模架的设计 ................................................................. 12 3.2 模具工作原理 ............................................................. 12 绪论 ....................................................................................... 13

II

谢 辞 ...................................................................................... 14 参考文献 ................................................................................ 15

III

前 言

塑料模具是20世纪发展起来的新兴材料，由于广泛应用，以替代部分金属、木材、皮革及硅酸盐等自然材料，成为现代工业和生活中不可或缺的一种人造化学合成材料。并与金属、木材和硅酸盐三种传统材料一起，成为现代工业生产中四种重要的原材料之一。

塑料模具近年来在我国有了很大的发展，大量新技术，新工艺，新材料得到推广应用国际先进技术的引进，尤其是计算机技术和数控加工的飞速发展和在传统制造业中的应用，更加快了模具行业的发展。模具设计正从过去的传统经验，手工绘图，发展到今天通过人机对话，能迅速设计出模具的总图，运用模具CAD可以模拟在模具中的流动状态，确定浇口位置，克服塑料成型中可能出现的问题。而模具 CAD的广泛应用更使模具向大型，精密，复杂发展，模具制造周期也大大缩短。

跟国外相比，我国模具产品结构很不合理，我国模具产品结构中冲压模具约占50%，塑料模具约占34%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占10%；发达国家对发展塑料模比较重视，塑料模所占比例一般为40%；大型、精密、长寿模具所占比例为50%以上，而我国仅为25%；我国主要模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂内，所产模具商品化率很低，模具自产自销比列高达60%-70%，而国外70%以上是商品模具。国内外模具的质量水平不可同日而语，开发能力和经济效益仍有差距。

但我国加入WTO后，给塑料模具产业带来了巨大的挑战和机会。促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。所以我国塑料模具生产企业更应该抓住机遇，重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。

“十一五”期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。

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第1章 产品工艺性分析

1.1 ABS塑料的材料性能

ABS塑料是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。这三种组分的各自特性，使ABS塑料具有“硬、韧、刚”的综合力学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性和表面硬度；丁二烯使ABS坚韧；苯乙烯使它有了良好的加工性和染色性能。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型塑件光泽好。密度为1.02～1.05克每立方米。拉伸强度30～50MPa 弯曲强度为41～76MPa，拉伸弹性模量1587～2277MPa，弯曲弹性模量1380～2690MPa，收缩率为0.3%～0.8%，常取0.5%。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。其尺寸稳定性好，易于成型加工。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响。其缺点是：耐热性不好，连续工作温度只有70℃左右；耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。

ABS原料易吸水，成型加工前应进行干燥处理。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，易产生熔接焊缺陷。

1.2成型特性及条件

① 其吸湿性强，塑料在成型前必须充分预热干燥，其含应水量小于0.3%。对于要求表面光泽的零件，塑料在成型前更应进行长时间预热干燥。

②流动性中等，溢边值0.04㎜。

③塑料的加热温度对塑件的质量影响较大，温度过高易分解（分解温度为250℃）。成型时宜采用较高的加热温度（模温50～80℃）和较高的注射压力。

1.3 结构工艺性

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零件壁厚基本均匀，所有壁厚均大于塑件的最小壁厚0.8㎜，注射成型时应不会发生填充不足现象。零件图如下：

图1.1 零件实物图

1.4 零件体积及质量估算

⑴单个塑件。

体积Ｖ=5181立方毫米=5.181cm3，质量m=5.181×1.04g=5.388g。 ⑵三个塑件。

总体积V总=19.428cm3，总质量m总=21.206g。

1.5 锁模力的计算

锁模力F=P×(A1+A2) ，其中P为型腔内熔体的压力，在成型中、小

型塑料制品时，型腔内熔体的压力P常取20～40MPa,此处取30 Mpa；A1为塑件的投影面积，A2为凝料的投影面积。

A1=17.5×17.5×3.14×3=2884.875mm2,A2=0.35×A1=1009.706 mm2。

所以F=30×（A1+A2）=116.837KN。

1.6 初选注射成型机的型号和规格

综合考虑实际注射量应在额定注射量的20%～80%之间和锁模力，初

选额定注射量在100cm3以上的卧式注射成型机SZ-100/60。

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表1-1 注射机主要技术参数

理论注射容量/cm3 螺杆直径/mm 注射压力/MPa 注射时间/(s) 塑化能力/(g/h) 螺杆转速/(r/min) 喷嘴球半径/mm 注射方式 喷嘴球半径/mm

100 35 锁模力/kN 600 320×320 拉杆间距/mm 模板行程/mm 最大模厚/mm 最小模厚/mm 定位孔直径/mm 喷嘴口直径/mm 顶出行程/mm 喷嘴伸出量/mm 150 300 1.8 40 20～200 300 170 Φ125 Φ4 80 12 螺杆式 10 20 第2章 塑料注塑模结构设计

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2.1 型腔数目和分布

确定模具型腔的方法有：（1）根据注射机的最大注射量确定（2）根据锁模力确定（3）根据塑件精度确定（4）根据经济性确定 由于塑件的形状简单，重量较轻，且生产批量大，所以应使用多型腔模具。综合分析本设计采用一模三腔，即一次注射成型三个零件。这样模具的尺寸较小，生产率高，塑件质量可靠，成本较低。浇注系统采用O型平衡装置，使所有型腔在同一时刻充满。该平衡浇注系统的特点是：从分流道到型腔，其形状、长度尺寸、圆角、模壁的冷却条件都完全相同。

2.2选择分型面

分型面是模具上用于取出塑件或浇注系统冷凝料可分离的接触表面。选择分型面的基本原则：分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱膜，并且不要影响外观。根据该塑件的结构特征，选定水平分型面。

2.3确定浇注系统尺寸

浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成。其作用是使来自注射机喷嘴的塑料熔体，稳定而顺利地流入并充满全部型腔，同时，在充模的过程中将注射压力传递到型腔的各个部位，以保证塑件的完整成型。

2.3.1 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。查《塑料成型工艺与模具设计》表3-1得XZ-100/60型注射机喷嘴前端孔径d0= Φ 3mm；喷嘴前端球面半径R0=10mm。

上端直径d=注射机喷嘴直径+0.5mm=4.5mm，R=喷嘴球半径+1mm=11mm,下端直径D=10mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥角2~6，取3。

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2.3.2 分流道设计

(1)分流道的截面形状：通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，就选用圆形分流道，如图2.1所示。因为圆形截面分流道的效率是分流道中效率最高的，所以选择圆形流道。 (2) 分流道尺寸

①

图2-1圆形流道

分流道宽度同主流道直径，高度h=4mm,长度一般取主流道大端直径的1～2.5倍 ，所以长度l= 2.5×10=25mm。 ⑶分流道的表面粗糙度

分流道的表面粗糙度Ra的要求并不是很低, 一般取0.8m~1.6m即可，在此模具中取1.0um。

2.3.3浇口设计

本模具采用侧浇口进行注射成型。侧浇口具有形状简单，便于加工及调整尺寸，浇口位置选择灵活，去除浇口方便、痕迹小，精度容易保证等特点。通过改变截面尺寸可以调整熔体的充模速度与浇口的凝结时间，以达到良好的充模状态，可以用于各种塑料，但不足的是必须进行去浇口处理，增加成本。右图是一种可以通过开模过程自动与塑件分离、在塑件上残留痕迹很小的侧浇口，也可称之为限制性侧浇口。

这种侧浇口在形状设计与加工上,应确保浇口凝料的最薄弱部分在塑件的表面，这样在开模时，很容易将浇口切断且不留痕迹应用这种浇口便于塑件成型，能降低塑件的表面粗糙度值，改良浇口附近的流动及痕迹，提高物理性能等。

为了加工方便和缩短封闭时间,所以浇口应开设在塑件分型面处，从塑件的外侧进料。

2.4 凹凸模的结构设计

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凹模也可以成为型腔、凹模型腔，用以形成塑件的外形轮廓，按结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、镶拼组合式和掰合式四种类型。整体嵌入式凹模是将结构尺寸较小的整体式凹模采用H7/m6配合嵌入到凹模固定板中进行进行使用，除具有整体式凹模的优点外，还可以节约贵重模具材料和便于热处理，主要用于生产批量较大的模具，可用于一模一腔或一模多腔。所以选用整体嵌入式凹模。

2.4.1 凹模的径向尺寸

ABS塑件的精度一般为3级，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3=-0.08mm,取x=0.75， ABS塑料的收缩率在0.3～

0.090.090.090.8%，取0.5% 。L1M0=[10.5%350.75。 （0.26）]035.3700.34凹模径向尺寸360mm。

（2）凹模的深度

塑件高度尺寸25mm的公差值为0.24mm，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.08mm；取x=0.75。

z0.080.08HM0=[(15%)250.24]0。所以凹模的深25.2850(3-

度为26mm。

2.4.2 凸模的结构设计

凸模是用来成型塑件内表面的零部件，可以认为凸模是成型塑件整体内表面的模具零部件，可分为整体式、整体嵌入式、镶拼组合及活动式等不同类型。嵌入式凸模主要指模具中的小型芯或成型镶块，所以选用整体嵌入式凸模。

2.5 型腔、型芯的结构及固定方式

2.5.1 型腔、型芯的结构设计

为了便于热处理和节约优质模具钢，型腔采用整体镶块式结构，另外，为便于制造，型芯除整体采用镶块外，局部还采用镶拼结构。 ⑴型腔径向尺寸

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AMz[1SASx]z式中，x是工作尺寸的制造与使用工作系数。

塑件尺寸很大、精度很低时，z可忽略不计，x=1/2;塑件尺寸较小，精度较高时，z= /3=

0.26，x=3/4,该零件属于小尺寸零件。 30.263所以AMZ=[10.5%350.75（0.26）]35.370.263

⑵ 型腔深度尺寸计算

2HMZ[(1S)HS]Z 由于型腔底面的磨损属单边磨损，磨损量很

3小，磨损量c不予考虑，取z=/3。

因此HMZ=[(15%)250.24]0.0825.2850.08 ⑶ 型芯径向尺寸计算

BMZ[(1S)BSX]Z=[(15%)313/40.26]0.2630.960.26

33⑷ 型芯高度尺寸计算

2hMZ[(1S)hs]z=[(15%)230.24]0.2422.9550.24

333

结果2-1表所示

AMZ HMZ BMZ 塑件尺寸 352531230.2630.2430.263工作尺寸 35.570.263 25.28530.960.2430.263 hMZ 0.24322.9550.243

2.5.2 固定方式

型腔和型芯均通过套板用台阶方式固定，型芯中的小镶件用台阶或铆接固定。

2.6 确定顶出机构类型

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顶出机构的结构因塑件的脱膜要求不同而有所变化，但对顶出机构所应达到的基本要求是一致的：使塑件在顶出过程中不会损坏变形；保证塑件在开模的过程中留在设置有顶出机构的动模内；若塑件需留在定模内，则要在定模上设置顶出机构。其中，一次顶出机构是最常用的顶出机构， 此机构只需一次动作就能使塑件脱膜。因此，选用推板一次顶出机构。 ⑴推杆

推杆的直径选10mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取112mm。推杆材料选用，优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与型芯的配合为间隙配合H8/g7。 （2）拉料杆

采用Z形拉料杆，材料选用优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与动模板的配合为间隙配合H8/f8。 ⑶顶出距离

为确保顶出时塑件能完全脱离动模，顶出距离应不小于15mm。 （4）推板

推板长、宽、厚分别230、180、15mm为采用普通碳素结构钢A3。 （5）推杆固定板

推杆固定板的长、宽、厚与推板相同，分别为230、180、15mm，采用普通碳素结构钢A3。

2.7 确定导向机构

2.7.1导柱结构形式

为便于加工导柱导套安装孔，获得较好的技术经济效益，使用有肩导柱。

2.7.2导柱的布置

为确保动模和定模只按一个方向合模，采用等直径导柱的不对称布置。为保护型芯不受损坏，导柱设在动模一侧，即正安装。

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第3章 模架的设计及工作原理

3.1 模架的设计

(1) 选择标准模架型号

中小型模架国家标准有四种基本型的结构。因为采用整体式型腔和组合式型芯，所以选用A2型标准模架。

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（2）模架尺寸

模具的长度为座板的长度，在动模板长度的下侧加上压板空间尺寸25mm。即：300+50=350mm，模具宽度与动模板一致。

高度要求与注射机要求的最大、最小模具厚度适应，XS-ZY-125注塑机要求：最大模具厚度300mm ，最小模具厚度200mm，模具厚度确定为 H=235mm。 （3）动模板设计

①动模板设计尺寸为：300× 250 × 40 mm.材料为A3钢。 ②动模垫板设计尺寸为：300 × 250×30mm.材料为A3钢。 ③动模座板尺寸为：350 × 250 × 20 mm.材料为A3钢。 ④推件板尺寸：350× 250 × 15 mm.材料为A3钢。 （4）定模板设计

①定模板的设计尺寸为：300× 250 × 40 mm.材料为碳素工具钢淬火处理中温回火HRC45-50。

②定模座板设计尺寸为：300 × 250 × 30mm.材料为A3钢。 （5）选择动模部分和定模部分的紧固螺钉

定模部分的紧固螺钉选用M12×62的螺钉，共4个。动模部分的紧固螺钉选用M12×132的螺钉，共4个。 （6）选择动模部分和定模部分的定位销

动、定模部分都是有两块以上模板组成，安装时，为了保证模板间的位置正确，应使用定位销定位。选用直径为10mm的圆柱销。 定模部分：圆柱销10×53；动模部分：圆设计结柱销10×76。 （7）注射模的参数

① 模具外形尺寸(长×宽×厚）： 350×250×235mm ②定位圈尺寸：100mm

③模具开模距离：60 ＋ 2×20 ＋ 10 ＝ 110mm ④塑件推出距离：20 +5 =25mm ⑤成型周期：64 +26 = 72 秒 ⑥模具固定压板螺钉：M16×25mm

3.2 模具工作原理

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该注塑模具采用侧浇口单分型面模具，开模时动、定模合模，注射过程

开始，熔融塑料注入密闭型腔，经过注射、保压、冷却后，开模时，定模板与定模座板之间首先分型，与此同时，主流道凝料被拉料杆拉出浇口套，而分流道端部的小斜柱卡住分流道凝料而迫使点浇口拉断并带出定模，当定距拉杆去限位作用时，主分型面分型，塑件被带往动模，而浇注系统凝料脱离拉料杆而自动脱落。

绪论

一周的课程设计很快过去了，在这一个星期的设计中，我体会到了酸甜苦辣，又遇到困难痛苦时的辛酸，也有看到自己劳动成果的喜悦。

在这一个星期里，我对书本上的知识有了更进一步的学习，为接下来的考试复习打好了基础。也学习到了书本上没有的知识，通过阅读有关方面的书籍，使我对模具设计的全过程有了一定的了解，经过每一步的设计，更让我不断加深对模具的工作原理及其结构设计的认识，同时也在此过程中发现自己存在的知识缺陷。通过用CAD画图，我对它又有了更深的认识，画图时更加熟练，又学习了以前不知道的功能和快捷方式。

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通过本次设计，任何简单的塑件的注射成型都需要在设计之前都要明白其工艺性。为提高工作效率，可以设计成一模多腔，但是这样会造成分流道凝料过多，影响产品精度，浪费原材料。所以在一模多腔时，要合理设计流道和型腔配置，以免出现浇不足，和塑件中出现气泡影响质量。本次设计采用一种限制性侧浇口，加工和去除浇口方便，提高了模具精度，使塑件表面更完美。

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谢 辞

在课程设计说明书完成之际，我首先感谢老师的指导，也要感谢同学们的帮助，当遇到不懂的地方时，我和同学们在一起讨论，去图书馆借书查资料，还记得和室友在图书馆找了好久都没看见相关的资料，最后想到了去问图书管理人员，在他的帮助下我们顺利地找到了想要的资料，在设计过程中，又遇到了许多麻烦，我们就一起上网查资料，实在找不到资料的就去向老师请教。在老师的讲解下，我们知道该怎么设计。

在用CAD画图的过程中，也是各种坎坷，由于已经有两年的时间没有画图了，里面许多小的知识点都忘的差不多了，不过还好有个CAD学的特强的同学，虽然是大一时学的，他现在还是很精通CAD，遇到不明白的地方就翻以前的书或者询问他，在此，特向他表示感谢。

参考文献

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① 塑料模具设计与应用实例

② 齐晓杰 塑料模具成型工艺与模具设计 机械工业出版社 第二版 2013年1月第二版第二次印刷

③ 宋满仓 注塑模具设计 电子工业出版社 2010年1月第一印刷 ④ 吴崇峰 注射模具130例 化学工业出版社 2005年3月第1版

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