毕业设计论文尼康CD37074塑料模具设计

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1、尼康CD3-7074塑料模具设计机械设计制造及其自动化 机自061 指导教师 摘 要 本课题就尼康数码相机部件注塑模的设计过程作了详细的介绍，从制品的测绘、注塑机的选取到分型面的确定、模架结构的确定，每一步均作了详细地说明和精确的计算，特别是对型腔数、浇注系统、型腔、型芯尺寸、成型零部件设计等重要部分的确定，文中作了重点论述。为使设计结果更加清晰、明了，运用AutoCAD绘制总装图和各模块及模芯图。另外利用所学知识和理论相关零部件进行计算和校核。关键词： PC 注塑模 模架 注射机 型腔 浇注系统Nikon CD3-7074 plastic design for die and mouldAb

2、stractThe problem produces plastic articles by injection moulding with regard to Nikon digital camera component the model design process has done detailed introduction, from the products surveying and mapping , the injection machine choice arriving at mark of type ascertaining that soft and floury ,

3、 the model putting up architectural ascertaining that, every single-step have done the accurate calculation explaining a sum detailedly equally , have commented that especially to having assumed priority in the type cavity number , ascertaining that , culture pouring important parts such as system ,

4、 type cavity , core dimension , molding component and part design. In order having made design finally limpid , clear, apply AutoCAD to draw general dress picture and every module and model core picture. Another makes use of what be mimicked knowledge and theory being in progress to the armature pus

5、her intensity and the screw intensity to calculate and proofread.Keywords: Produce plastic articles by injection moulding model Inject machine Type cavity Pour system 目录1绪论32塑件材料及工艺性分析62.1塑件材料的特性62.2塑件材料的成型工艺82.3塑件参数93注射机的选择103.1精密注塑机的选择要求103.2注射机规格及主要参数113.3注射机的校核114型腔数目的确定154.1单型腔及多型腔的优缺点及适用范围154.

6、2型腔数目的选择154.3型腔的布置164.4分型面的选择175塑料模具结构的设计185.1浇注系统185.1.1主流道205.1.2冷料穴215.1.3分流道215.1.4浇口225.2成形零件设计255.2.1成形零件的结构设计255.2.2型芯和成形杆255.2.3成型零件工作尺寸计算255.3合模导向和定位机构295.3.1导向机构295.3.2脱模机构305.4冷却系统345.4.1冷却系统设计的原则345.4.2冷却水路结构形式345.4.3冷却时间355.5排气系统355.51排气系统设计原则365.52排气形式366设计总结367致谢36参考文献371绪论（1）塑料工业在国民经

7、济中的作用 由于塑料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、制件可加工成任意形状，而且具有生产率高、价格低廉等特点，所以应用日趋广泛，年增长居四大工业材料之首，已经深入到国民经济的各个部门。我国塑料制品工业发展于20世纪50年代后期，主要用于日常用品，如塑料鞋、日用塑料薄膜等进入20世纪70年代以来，塑料的应用已涉及到国民经济和人民生活中的各个方面，如仪表、机械制造、汽车、家用电器、化工、建树、医疗卫生、农业、军事、航天和原子能工业中，塑料已经成为金属的良好代用材料，出现了金属零件塑料化的趋势。例如ABS塑料有14用于汽车、13用于家用电器和视听设备中。目前我国地膜、棚膜等覆盖面积已位居

8、世界首位。包装用塑料制品已达100多万t，各种塑料编织袋达50亿条，为世界之最。在建材应用上，各种塑料门窗、管道、地板革、异型材等应用日趋广泛。到2010年，塑料门窗和塑料排水管的普及率将达到3050。由于塑料材料具有不能被其它材料所替代的特性，使得塑料工业在促进现代科技发展、加速国防现代化建设、推进农业现代化、改善和提高人们生活方面，发挥着越来越重要的作用。（2）模具工业在国民经济中的重要性用模具生产的塑料制品(简称塑件)具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点，因此广泛用于仪器、仪表、家用电器、汽车等行业。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具价值的

9、几十倍、上百倍。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。模具工业在我国国民经济中的重要性，表现在国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石油化工和建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，以满足五大支柱产业发展的需要。以汽车、摩托车行业模具市场为例，在工业发达国家，汽车、摩托车行业是模具的最大市场，其占整个模具市场的一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到明确。到2005年，我国汽车年总需求量约300万

10、辆，汽车基本车型将达到170种，更新车型和改装车型430种，而且汽车换型时间不断缩短，轿车一般3-4年，轻型车4-5年，其它车型68年。汽车换型时约有80的模具需要更换，一个型号的汽车，所需模具达几千副，价值上亿元。据介绍，到2005年，我国生产的各类汽车模具只能满足规划需要量的50左右。1997年我国摩托车产量超过l删万辆，居世界第一。这其中共有14种诽量，80多个车型，1000多个型号，到2删年生产能力达到2000万辆，每辆摩托车需模具近1000副，价值1000多万元。目前，全世界的模具年产值约有600650亿美元。发达国家，如美国、日本、法国及瑞土等国家，模具出口约占本国模具年产值的13

11、。而我国模具出口数量极少，1998年模具出口为096亿美元，约占我国模具总产值的36，与发达国家的差距比较大。当前，由于产品品种增多，更新加快，市场竞争激烈，因此对模具的要求是交货期短、精度高及成本低，塑料成型模具正朝着高效率、高精度及高寿命方向发展。随着现代产品对形状、尺寸、精度及零件整体性要求的提高，以及许多新材料、新工艺的广泛应用，对现代模具的结构形式和型腔形状的要求也日益复杂。许多精密塑料成型模具结构的复杂程度近似于一台精密机床，不仅型腔表面形状复杂，而且模具中零件的配套性要求极高，加工中必须保证多个模具之间几何形状的协调一致。例如塑料注射模具的设计与制造具有三维几何形状复杂及运动配合

12、精度要求高等特点，同时涉及模具强度计算、模具寿命计算及熔融塑料在模具中流动预测等复杂的工程运算问题，是一项综合性的复杂技术工作。只有在成型设备和模具设计及制造方面引入CADCAMCAE先进技术，才能迅速地完成模具各类尺寸的计算以及平衡浇注系统、模拟注射过程的计算和分析，通过反复交互，完成查询表格数据、零件目录，绘制模具图纸和明细表等工作，使设计的模具达到尽可能的完美，让模具设计人员从繁重的重复劳动中解脱出来，有较多的时间从事创造性工作，以提高模具的设计质量。模具标准化是发展模具生产技术的关键，包括模具设计、制造、材料、验收和使用等方面，是开展模具计算机CADCAMCAE的前提。国外塑料模标准化

13、程度很高，从材料、品种、规格、结构、精度及验收等都实现了标准化，而且还建立了模具标准结构典型组合。标淮化是专业化生产的重要前提，也是提高劳动生产率，提高技术水平，提高产品质量，降低产品成本及改善劳动组织的最重要的条件之一。模具的标准化程度越高，专业化生产越强，因而模具生产周期越短，生产成本越低，模具质量越高；同时模具设计简化，交货期限缩短，产品更新换代迅速。我国结合实际情况，已制定出了塑料模国家标准，塑料模专业化生产工厂可提供标准件和标准模架，这些为简化设计，缩短制模周期，提高产品质量，提供了保证。 我国长期以来，对模具重视不够，没有认识到模具的重要性，各部门都用模具，但都不管模具，90年代以

14、前大专院校很少有模具专业。改革开放后，国家开始重视模具工业的发展，1984年全国模具工业协会成立；1989年3月国家把模具列为机械工业技术改造序列的第一位，生产和基本建设序列的第二位31997年以后，又把模具及模具加工技术和成型设备列入国家重点发展产业，同时对80多家国有专业模具厂实行增值税返还70的优惠政策，扶植模具工业的发展。所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持，也体现了模具工业在国民经济中的重要性。（3）日本模具加工的最新发展方向据Et本大阪加工技术开发中心主管技师若冈俊介博士介绍，Et本模具加工的4个发展方向为无人手修磨、无放电加工、加工时间缩短及五轴加

15、工。对于温度变化所产生的真正热变形，大阪以环境实验室内所取得的大量热变位数据为基础，通过01um单位的实时热变位补偿方法予以控制。利用这些新技术，即使在室温变化达8C的情况下，加工过程中的尺寸变化也只有8um，实现了高精度加工。在加工刀路方面，以前弯角及尖角的地方都很难加工。转角部位切削抵抗激增，令刀具容易破损、折损或者发生振刀的情况。使用对刀具柔和的加工方法(等高偏置R角圆弧切削)后，转角部位轨迹增加了圆弧，使抵抗增加大幅减少，负载增加率只有3倍。无圆角圆弧的负载增加率为7倍。在刀具使用方面，建议尽量使用富刚性的刀具。而在槽加工时，有问题时应先用球刀进行粗加工，然后用平底铣刀加工。加工非常坚

16、硬(HRC50)、难于切削的材料，并且加工的深度与刀具的直径比例大(LD=23)。使用大阪MB一46VA电脑数控加工中心，能在145 h完成加工，相对放电加工，时间缩短了许多。有关高品质五轴分度加工(电极)，使用大阪MU一400UA五轴加工中心，同一夹持可作五面加工，因而可大大减少在不同加工情况下所造成的累积误差，精度提高，减省加工时间。2塑件材料及工艺性分析2.1塑件材料的特性塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物。在三大高分子材料中，塑料是用量最大的一类材料，目前世界高分子材料的年产量中，塑料约1.5亿吨，合成纤维约03亿吨，合成橡胶约o1亿吨。 塑料是20世纪发展起来的新型

17、材料，由于应用广泛，已替代部分金属、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缺少的一种人造化学材料。塑料因其材料本身性能优越，加工方便，而被广泛应用于机械工业(特别是汽车、摩托车工业)、电子工业(特别是家电工业)、航空工业、医疗器械、化工机械、包装I：业、日常用品工业等领域，并日益显示出其巨大的优越性和发展潜力。塑料的物理、力学性能与温度密切相关，温度变化时塑料的受力行为发生变化，呈现出不同的物理状态，表现出分阶段的力学性能特点。塑料在受热时的物理状态和力学性能对塑料的成形加工有着非常重要的意义。（1）热塑性塑料在受热时的物理状态热塑性塑料在受热时常存在的物理状态为玻璃态(结晶聚

18、合物亦称结晶态)、高弹态和豹流态。图2.1所示为线型无定型聚合物和线型结晶型聚合物受恒定压力时变形程度与温度关系的曲线，也称热力学曲线。 图2.1 线型聚合物的热力学曲线1-线型无定型聚合物；2-线型结晶聚合物（2）塑料的加工工艺性塑料在受热时的物理状态决定了塑料的成形加工性能：当温度高于27f时，塑料由固体状的玻璃态转变为液体状的动流态即熔体。从7t开始分子热运动大大激化，材料的弹性模量降低到最低值，这时塑料熔体形变特点是，在不太大的外力作用下就能引起宏观流动，此时形变中主要是不可逆的塑性形变，冷却聚合物就能将形变永久保持下来。因此，这一温度范围常用来进行注射、挤出、吹塑和贴合等加工。过高的

19、温度将使塑料的教度大大降低，不适当地增大流动性容易引起诸如注射成形中的溢料、挤出塑件的形状扭曲、收缩和纺丝过程中纤维的毛纫断裂等现象。温度高到分解温度7d附近还会引起聚合物分解，以致降低产品物理力学性能或引起外观不良等。不同状态下热塑性塑料的物理性能与加工工艺性能见表2-1表2-1 热塑性材料在不同状态下的物理、工艺性能（3）常用的塑性塑料的性能及特点都不同，而聚碳酸酯(PC)是精度要求较高的零部件（如数码相机）的理想材料。聚碳酸酯(PC)基本特性 聚碳酸酪为元色透明粒料，密度为1.02105g/cm3。聚碳酸酪是一种性能优良的热塑件工程塑料，韧而刚，抗冲击性在热塑件中名列前茅；成形零件可达到

20、很好的尺寸精度并在很宽的温度范围内保持其尺寸的稳定性；成形收缩率为0508；抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒；脆化温度在100度以下，长期工作温度达到120度；聚碳酸酯吸水率较低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性功能。聚碳酸酪是透明材料，可见光的透光率接近90。其缺点是耐疲劳强度较差，成型后塑件的内应力较大，容易裂开。用玻璃纤维增强聚碳酸酪则可克服上述缺点，使聚碳酸酯具有更好的力学性能，更好的尺寸稳定性，更小的成型收缩率，并可提高耐热性和耐药性，降低成本。主要用途 在机械上主要用做各种齿轮、蜗轮、蜗杆、齿条、凸轮、轴承、各种外壳、盖板、容器、冷冻和冷却装置零件等。在电气方面，用做电机零件、风扇部件、

21、拨号键、仪表壳、接线板等。聚碳酸酪还可制作照明灯、高温透镜、视孔镜、防护玻璃等光学零件。成型特点 虽然吸水性小，但高温时对水分比较敏感，会出现银丝、气泡及强度下降现象，所以加工前必须干燥处理，而且最好采用真空干燥法；熔融温度高，熔体教度大，流动性差，所以成型时要求有较高的温度和压力；熔体教度对温度十分敏感，一般用提高温度的方法来增加熔融塑料的流动性。2.2塑件材料的成型工艺常用塑料模塑成型工艺方法有注射成型、压缩成型、挤出成型、气动成型等。注射成型又称注射模塑，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法。除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可用此方法成型。近年来，注射成型已成功地用来成型某些热因性塑料制

22、件。一般情况我们选择注射成型作为成型工艺方法。注射成型的原理是将颗粒状态或粉状塑料从注射机的料斗送进加热的料简中，经过加热熔融塑化成为激流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很高的流速通过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。这样就完成了一次注射工作循环，如图21所示。图2.2 螺杆式注射机注射成型原理1-料斗；2-螺杆传动装置；3-注射液压缸；4-螺杆；5-加热器；6-喷嘴；7-模具注射成型的特点是：成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精密、有嵌件的塑料制件；对各种塑料的适应性强；生产效率高、产品质量稳定，易于实现自动比生产

23、。所以，注射成型广泛地用于塑料制品的生产中，但注射成型的设备及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料制件的生产。2.3塑件参数塑件材料为聚碳酸酯(PC)塑件表面要求无斑点、条纹、凹痕、起泡、变色A面8.8粒状凹纹，允许凹0.1mm未注表面粗糙度Ra=0.8um投影面积S126mm2，体积V180mm3，质量=1.02g180mm3=0.18g3注射机的选择3.1精密注塑机的选择要求由于精密注射成型对塑件具有较高的精度要求，所以，它们一般都需要在专用的精密注射机上进行，对精密注射机的要求如下： 注射功率要大 精密注射机一般都采用较大的注射功率，这样做除了可满足注射压力和注射速度的要求之外，

24、注射功率大还会对塑件的精度起到一定的改善作用。 控制精度要高 精密注射机的控制系统必须具有很高的控制精度，这是精密塑件本身所要求的。如果注射机本身E6各种工作精度不能保证，塑件的精度也就无从谈起。精密注射机的控制精度包括：各种注射工艺参数良好的重复精度；精确控制合模力大小的能力；超强的塑化能力和塑化效果；以及对液压回路中的工作油温必须进行精确控制等。 具有快速反应的液压系统和足够刚性的合模系统 由于精密注射机常采用高速成型，所以要求液压系统必须具有相快的反应速度，并保证工作稳定、灵敏和精确；其次由于精密注射压力较高，因此，注射机合模系统及模具的动、定模固定扳和拉杆等合模系统的结构零部件都必须有

25、足够的刚性、为了满足精密注射成型要求，除了对设备有严格要求外，对成型物料和成型模具也有严格要求。精密注射成型用物料除应有良好的流动性和成型性外，还要求成型塑件的尺寸与形状稳定性好，抗蠕变性能好。目前适用的塑料有聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛以及AB5和PBT等。3.2注射机规格及主要参数 目前，注射机的标准，有用注射量为主参数的，也有用合模力为主参数的，但大多以注射量合模力来表示注射机的主要特征。因为我们设计的模具最大厚度是185mm，所以初选国产型号XS-ZY-60的注塑机。其参数：F锁=500KN；最大注射面积=130；模具厚度70-200mm；模板最大距离=380mm；模板行程=180mm；喷

26、嘴圆弧半径12mm；喷嘴孔径4mm；喷嘴移动距离120mm；推出形式：中心没有推杆，机械推出；总力280KN；开模力8T；顶杆最大距离190mm。3.3注射机的校核注射机的选用包括两方面的内容：一是确定注射机的型号，使塑料、塑件、注射模及注射工艺等所要求的注射机的规格参数在所选注射机的规格参数可调的范围内；二是调整注射机的技术参数至所需要的参数。注射机类型的选择：根据塑料的品种、塑件的结构、成形方法、生产批量、现有设备及注射工艺等进行选择。这里我们选择螺杆式注塑机，因为它能使塑料料筒内得到很好的融化，塑件的质量较高，而且注塑量大，缺点是价格较贵。 注射机规格的初选：根据以往的经验和注射模的大小

27、，先预选注射机的型号，之后要进行以下的校核。注射机参数的校核最大注射量的校核：塑件连同浇注系统凝料在内的质量一般不应大于注射机公称注射量的80，注射机多以公称容量来表示，可采用下式校核：为注射机可注射的最大注射量(应在塑件与浇注系统凝料的质量和的80之内) c料筒温度下塑料的体积膨胀率的校正系数，对于结晶形塑料，c=0.85：对于非结晶形塑料，c=0.93： 个所用塑料在常温下的密度，gcm-3； G注射机的公称注射容量，cm；我们选择的注塑机，G=60cm3, c=0.85，=1.02g/cm3所以=52.02g，而塑件质量不超过此值。注射压力的校核：注射机的公称注射压力要大于塑件成形的压力

28、，即：式中，注射机的最大注射压力，MPa；塑件成形所需的实际注射压力，MPa。=122MPA，=80120Mpa锁模力的校核：由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个很大的推力，这个力应小于注射机的公称锁模力，否则将出现溢料现象，即：式中 注射机公称锁模力，KN;=500KNp注射时型腔内注射的压力，它与塑料品种和塑件有关，表3-1，3-2分别为型腔压力的推荐值，MPa；-塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和，mm2。所以=60MPa126mm2=7.56KN,符合表3-1 常用塑料可选用的型腔压力表3-2 制品形状和精度不同时选用的型腔压力安装部分的尺寸校核：模具的设计应校核包括喷嘴尺寸

29、、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚及模板上的螺孔尺寸。a 喷嘴尺寸。注射机的喷嘴头部的球面半径R1应与模具主流道始端的球面半径R2吻合，以免高压熔体从缝隙处溢出。一般球面半径R2比喷嘴头半径R1大l一2mm，否则主流道内的塑料凝料无法脱出，如图33所示。图3.3 注射机喷嘴头部与模具浇口套配合1成型机喷嘴；2.定位圈；3.定模座板；4.浇口套；b定位圈尺寸。为了使模具的主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上的定位圈或主流道衬套与定位圈的整体式结构的外径尺寸d应与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合。c最大、最小模厚。在模具设计时应使模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚和最小模

30、厚之间。同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机拉杆之间装入。d螺孔尺寸。注射模具的动模板、定模板应分别与注射机动模板、定模板上的螺孔相适应。模具在注射机上的安装方法有螺栓固定和压板固定两种形式。采用螺栓固定时，模具固定板上的螺孔必须与注射机模板上的螺孔完全吻合，一般用于质量较大的模具，以保证安全；而采用压板固定的灵活性大。开模行程和顶出机构的校核，注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。开模距离一般可分为如下两种情况：一是当注射机采用液压、机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最大冲程决定，并不受模具

31、厚度的影响，即注射机最大开模行程与模具厚度无关；二是当注射机采用全液压式锁模机构时，最大开模行程等于机床移动模板和固定模板之间的最大开距减去模具厚度，即注射机最大开模行程与模具厚度有关。因为塑件几何形状较简单，可选择单分型面注射模，所以其开模行程计算式为：S注射机的最大开模行程，mm塑件脱模距离（型芯高度），mm包括流道凝料在内的塑件高度，mm模具的厚度,mm这里我们选用的注射机，S=380mm,Hm=180mm,H1=2.4mm所以开模行程符合要求。4型腔数目的确定4.1单型腔及多型腔的优缺点及适用范围对于一个塑件的模具设计，第一步骤应是型腔数目的确定。 单型腔模具：塑件的精度高，工艺参数易

32、于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。缺点是塑件成形的生产率低，成本高。适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试产。多型腔模具： 塑件成形的生产率高，成本低。缺点是塑件的精度低；工艺参数难以控制；模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。适用于大批量、长期生产的小型塑件。4.2型腔数目的选择（1） 根据经济性n=式中n每副模具中的型腔数目N计划生产塑件的总量Y单位小时模具加工的费用 元/ht成型周期 min每个型腔的模具加工费用，元对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过个，初选n4。（2） 根据锁模力Q注塑机锁模力，KNp型腔内熔体的平均压力，M

33、Pa;(一般塑件P=30MPa）浇注系统在分型面上的投影面积，680mm2每一塑件在分型面上的投影面积，126mm2（3） 根据塑件精度根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度下降4%（4） 根据注射量式中 G注射机的最大注射量，g 单个塑件的质量 浇注系统的质量4.3型腔的布置多型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列及复合排列等，在进行型腔的布置时：（1） 型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，以防模具承受偏载而产生溢料现象（2） 型腔排列宜紧凑，以节约钢材，减轻模具质量（3） 圆形排列平衡好，加工困能；直线形排列加工容易，但平衡性差；H形排列平衡性好，而且加工性尚

34、可，使用广泛一般多型腔的排列方式选择H形。如图4.1：图4.1 型腔的排列布置 4.4分型面的选择模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的设计在注射模的设计中占有相当重要的位置，分型面的设计可以对塑件的质量、模具的整体结构、工艺操作的难易程度及模具的制造等都有很大的影响。(1)分型面的形式注射模有一个分型面，也有多个分型面，分型面应尽可能简单，以便于塑件的脱模和模具的制造。在模具装配图上，分型面的标示一般采用如下方法：当模具分开时，若分型面的两边的模板都作移动，用“”表示；若其中一方不动，另一方移动，用“”表示，箭头指向移动的方向；多个分型面，应按先后次序标示出，如：“A

35、”、“B”、“C”等。(2)选择分型面的原则。影响分型面的因素很多，在选择分型面时，应遵循以下的原则a分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处b分型面的选择应有利于塑件的留模及脱模c保证塑件的精度要求d保证塑件的外观要求e便于模具的制造f减少成型面积分型面的位置，如图4.2：图4.2 分型面的位置5塑料模具结构的设计5.1浇注系统浇注系统的作用是将熔融状态的塑料填充到模具型腔内，并在填充及凝固过程中将注射压力传递到塑件各部位。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口及冷料穴四部分组成，如图5.1和5.2所示。浇注系统的设计对注射成形效率和塑件的质量有直接的影响，是注射模具设计很重要的一环。图5.1 浇注系

36、统组成1- 定模座板；2-浇口套；3-浇道；4-定模模板；5-动模模板；6-主流道；7-冷料穴；8-分流道；9-动模镶块；10-定模镶块；图5.2 11-定模成型零件；12-定模型芯；13-塑件；14-浇口；15-成型杆；16-动模成型零件浇注系统的设计原则 塑料成形特性。设计的浇注系统应适应所用塑料的成形特性的要求，以保证塑件质量。塑件大小及形状。根据塑件大小、形状、壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面，同时考虑设置浇注系统的形式、浇口数量及位置，保证正常成形，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯或芯受力不匀，以及充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。

37、塑件外观。设置浇注系统时应考虑到去除、修整浇口方便，同时不影响塑件的外表美观。模具成形塑件的型腔数。设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型胶布局设计。 冷料。在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。 成形效率。在大量生产时，设置浇注系统还应考虑到在保证成形质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成形周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。注射机安装模板的大小。在塑件投影面积比较大时，设罩浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设浇口，造成注射时受力不匀。5.1.1主流

38、道主流道是熔料注入模具最先经过的一段流道，直接影响到填充时间及流动速度。主流道太小，熔料流动过程中冷却面相对增大，热量消耗大，注射压力损失大，但主流道太大则会造成塑料损耗大，冷却时间长，发生旋涡及紊流，要求机床可塑化能力增大。因此，必须选择恰当尺寸的流道。一般情况下，如图4.3所示的浇注系统，其参数通取数值如下：a) d（浇道口直径）=注射机喷嘴孔直径+mm，即d=4.5mmb) （浇道斜度）=2040(对流动性差的塑料等情况，也有取3060的)。我们取=20c) D（主流道的宽度）=3mmd) H（主流道深度）=2mme) h（分流道深度）=2/3H,h=1.5mmf) C（冷料穴底端直径）

39、=4mmg) L（浇道长度）尽量缩短，若L值大，使塑料降温过多，损耗大，一般不超过60mm，如果要很长时则应采用热延长喷嘴等措施,L=42.5mmh) （主流道长度）值按具体情况决定，不宜过长或过短，L=35mmi) (分流道长度)= =17mmj) （主流道斜度）为利于熔料流动可取较大值，=100k) （分流道斜度）=100l) b（浇口宽度）=1mmm) b1（浇口长度）=1mmn) b2（浇口深度）=0.5mm5.1.2冷料穴冷料穴用来储藏在注射间隔时期内由于喷嘴部温度低而构成的所谓冷料渣，以及用它拉出凝固在流道内的塑料。一般的冷料穴形状及位置如图5.15.1.3分流道如图4.3所示，分

40、流道是熔料从主流道注入型腔前的过渡部位，其作用是通过流道截面及方向变化使熔料平稳转换流向注入型腔。分流道的形状及尺寸应满足在相等截面积时其周长为最小的要求，从而可减少熔料散热面积和摩擦阻力。通常情况，分流道的截面形状我们选择圆形。其特性是热量损失小，流动阻力小，较常用，但加工性能较差。分流道的常用系列尺寸，如表5.4：表5.4 分流道的常用系列尺寸这里我们选的分流道形状为梯形，L=2mm,H=1.5mm，角度为10。注意事项：分流道不必精修得很光(一般为08左右)，因为料流外层的流动要慢些为好，但必须避免有凸起和凹入，以免分型和脱模不良。分流道和浇口连接部分如图5.5。浇口与分流道间采用斜面及

41、圆角相接，以便于塑料流动及填充，否则会伎塑料流动时产生反压力，消耗动能。图5.5 分流道与浇口的连接1.分流道；2.浇口；3.塑件分流道的长度在模具结构允许的情况下应尽量取短，以免模具尺寸加大，塑料损耗增多，融料冷却快，但分流道过短也会使去除流道不便。分流道分布有时只设置在定模或动模一方，有时则动、定模都开设流道，合模后成各种形状的断面。这取决于模具的结构、塑料性能及加工水平。动、定模都分设流道的对料的流动有利，但加工较困难，要求两模一定要对难。在保证融料充满型腔的情况下，流道断面及长度应该尽量取小，特别对小塑件显得更重要。流道转折处应圆滑过渡不能有尖角。分流道较长时，在其末端应设有冷料井。

42、一模多腔时，分流道截面积应为各浇口截面积之和，各分流道的截面和长度应与塑件相适应，件应取大截面短流道，小塑件则反之，以保证成形不同形状或质量的塑件诸型腔同时充满。5.1.4浇口浇口是流道与型腔之间最短的一段距离，能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。 （1）浇口分类 1)非限制性浇口。又称直接浇口，其形式是塑料通过主流道直接注射到塑件上，与限制性浇口相比有很多不利之处，但是因为它具有压力损失少、节约塑料、模具结构简单等优点，因此仍为广泛使用。 2)限制性浇口。指流道与型腔间采用一段距离很短、截面很小的浇口相连接，如图43所示。当熔融塑料通过狭窄的浇口时，流速增高，并因摩擦使

43、料温也增高，有利于填充型腔。当充满型腔后由于模具散发热量，熔料逐渐冷却，塑料由接触模具部分开始渐渐向中心层固化，而浇口比型腔部分要薄，因此首先固化封闭，注射压力就不能继续传递到型腔里面去，型腔内的熔料即可在无应力状态下自由收缩固化成形，因此塑件内残余应力小，可减少弊病。其优点： 成形周期短。 去除流道方便，在塑件上残留的痕迹小。 型腔内实际压力小，与使用非限制性浇口相比可成形较大投影面积的塑件。 由于浇口的摩擦作用，可提高料温，减少流痕。另外料流流速高，有利于填充型腔。 对多型腔模具，可调节浇口截面积，以保证各型腔同时充满。 残余应力小，可防止塑件破裂、翘曲、变形。限制性浇口的缺点： 流道较长

44、，料温易下降，消耗塑料多。 料流阻力大，注射压力损失大。 保压补缩作用小，易出现缩孔。浇口的形式颇多，应根据塑料成形特性，塑件形状、尺寸及要求，塑件生产批量，成形条件，注射机结构等因素，综合考虑选用合理的形式。 浇口的尺寸经常需要通过试模，按成形情况酌情修正。为了防止应力引起变形，一般浇口宜取薄。为了防止缩孔，浇口宜取厚。填充不足则宜取宠，并在模具允许范围内浇口及流道部分长度应取短，少曲折为好。 （2）浇口位置选择浇口的位置对塑件质量有直接影响，主要以塑件形状和要求来确定 塑料流动能量损失最小。a 浇口的位置应使填充型腔各部位的流程最短，并保证充满型腔。b浇口的位置应使料流变向越少越好。通常应

45、考虑以下几个问题： c浇口的位置应能使最终压力有效地传递到塑件较厚部位以减少缩孔，同时注意保证薄壁部分也能充满。浇口位置应按塑件壁厚分布情况而定，一般应设置在塑件壁厚的部位上；如有几个厚部位，则应布置在这些厚壁之间的一般壁厚上，使压力能均匀传递到各部位：如当加强肋能造成缩孔时，浇口应放置在加强肋上。浇口的位置应减少或者避免塑件的熔接痕。浇口的位置要避免造成收缩变形。浇口的位置应使进入型腔的塑料能顺利地排出模腔内的空气，塑料进入型腔后不要立即封闭排气系统。 浇口的位置及大小要考虑对型芯的影响。尽量避免进入的塑料正面冲击型芯，尤其对于较小直径型芯，否则使注射压力损耗或使型芯弯曲变形。对有镶件的模具

46、，浇口位置不能使流动的塑料冲击镶件，但也不能离浇口太远，否则塑料流到镶件附近时变冷熔接不好。外观要求高的塑件则浇口不允许设置在表面上，同时要考虑清理简便，不损坏塑件。以上这些原则在应用时会产生某些不同程度的矛盾，必须以保证得到优良塑件为主，根据具体情况决定，不能受容易清理等次要因素的限制。塑件对角设置浇口，可改善塑件收缩引起的变形，圆角处有反料作用可增大流速，有利成型。如图5.6：图5.6 浇口与塑件的位置 5.2成形零件设计模具中成形零件决定塑件的几何形状和尺寸，型腔成形零件包括型腔、型芯、镶块、成形杆和成形环等。5.2.1成形零件的结构设计型腔也称作凹模，是成形塑件外表面的主要零件。对于几

47、何形状复杂的小型塑料制品模具，我们一般选择整体嵌入式凹模。如图5.7图5.7 凹模镶块与定模模板配合1.定模模板；2定模镶块；3浇口套；4熔料整体嵌入式凹模，其镶块的外形多采用带台阶的圆柱形或矩形，加工和安装容易；热处理变形小；便于型腔损坏时的更换和维修，多用于多型腔模具。5.2.2型芯和成形杆型芯和成形杆是成形塑件的内表面。大的型芯也称为凸模，杆一般是指成形塑件的孔或凹槽的小型芯。 5.2.3成型零件工作尺寸计算（1）工作尺寸分类和规定成形零件中与塑料熔体接触并决定制品几何形状的尺寸称之为工作尺寸。如何准确计算成形零件的工作尺寸，是注射模设计的一项十分重要的工作。塑料制品的几何尺寸分别称之为

48、型腔尺寸、型芯尺寸和中心距尺寸。其中型腔尺寸可分为深度尺寸和径向尺寸：型芯尺寸可分为高度尺寸和径向尺寸。显然，型腔尺寸属于包容尺寸，当型腔与塑料熔体或制品之间产生摩擦磨损后，该类尺寸具有增大的趋势。型芯尺寸属于被包容尺寸，当型芯与塑料熔体或制品之间产生摩擦磨损后，该类尺寸具有缩小的趋势。中心距尺寸一般指成形零件上某些对称结构之间的距离，如孔间距、型芯间距、凹槽间距和凸块间距等，这类尺寸通常不受摩擦磨损的影响，因此可视为不变的尺寸。（2）影响制品尺寸误差的因素及其控制制品成形后所获得的实际尺寸与名义尺寸之间的误差称为制品的尺寸偏差。引起制品产生尺寸误差的原因很多，但制品尺寸可能出现的误差多主要是

49、如下五方面因素综合作用的结果因采用的成形率不准确引起的制品尺寸误差；因制品的成形收缩波动引起的制品尺寸误差模具成形零件的制造偏差成形零件的磨损引起的制品尺寸误差模具活动零件的配合间隙引起的制品尺寸误差塑料制品的成形收缩。塑料制品从模具中取出发生尺寸收缩的特性称为塑料制品的收缩性。因为塑料制品的收缩不仅与塑料本身的热胀冷缩性质有关，而且还与模具结构及成形工艺条件等因素有关，故将塑料制品的收缩统称为成形收缩。塑料制品的成形收缩的大小可用制品的成形收缩率S表征，即式中 Lm-本为成形温度时的制品尺寸，由于该尺寸无法测量，这里采用室温时模具成形零件的尺寸Lm代替，mm；Ls-室温时制品的尺寸，mm换算

50、后得，由于,又S在之间，可忽略高阶项，有成形收缩引起制品产生尺寸误差的原因有两方面。一方面是设计所采用的成形收缩率与制品生产时的实际收缩率之间的误差(s)；另一方面是成形过程中，成形收缩率受注射工艺条件的影响，可能在其最大值和最小值之间被动，而产生的误差(s)。s的最大值为 max塑料的最大成形收缩率；PC为0.8% min塑料的最小成形收缩率； 0.5% Ls制品尺寸，mm；（3）成形零件工作尺寸计算所谓工作尺寸是指成形零件上直接用以成形塑件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸(包括矩形和异形的长度和宽度尺寸)、型腔的深度和型芯的高度尺寸，中心距尺寸等。工作尺寸计算受塑件尺寸精度的制约。影

51、响塑件尺寸精度的因素甚多，且十分复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸(基本尺寸)，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。模腔工作尺寸计算。模腔尺寸计算包括型腔和型芯的径向尺寸、型腔深度及型芯高度尺寸、中心距尺寸的计算。a.型芯高度尺寸式中,hm型芯高度，mm hs塑件名义尺寸，mm Scp塑料的平均收缩率，% 塑件公差值，mm由图得，Scp=0.6%,hs=0mm, =0.18(有精密注塑模具设计表2-4得)将hs、Scp代入上式得，hm=0.12mmb.型芯径向尺寸式中，Lm径向尺寸，mm Ls塑件径向公称尺寸

52、，mm Scp塑料的平均收缩率，% 塑件公差值，mm 型腔制造公差，mm由图得，Ls=8.8mm, Scp=0.6%,=0.18将Ls、Scp代入上式得，Lm=8.96mmc.型腔深度尺寸式中, Scp塑料的平均收缩率，% 塑件公差值，mm 型腔制造公差，mm Hm型腔深度尺寸，mm Hs塑件高度公称尺寸，mm由图得，Scp=0.6%,hs=2.4mm, =0.18将Hs、Scp代入上式得，Hm=2.408mmd.型腔径向尺寸 式中，lm径向尺寸，mm ls塑件径向公称尺寸，mm Scp塑料的平均收缩率，% 塑件公差值，mm 型腔制造公差，mm由图得，ls=8.8mm, Scp=0.6%,=0

53、.18将ls、Scp代入上式得, Lm=8.76mm5.3合模导向和定位机构塑料模闭合时为保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构，最常见的导向定位机构是在模具型腔四周设24对互相配合的导向柱和导向孔，如图5.8所示，导柱设在动模边或定模边均可，但一般设在主型芯周围。图5.8 导柱导向机构1.定模模板；2.导向定位导套；3.导向定位导柱；4.动模模板5.3.1导向机构导向机构主要有导向、定位和承受注塑时产生的侧压力三个作用，现分述如下。(1)导向作用。动定模合模时按导向机构的引导，使动定模按正确方位闭合，避免型芯进入型腔时因方位搞错而损坏模具或因定位不难而

54、互相碰伤，因此设在型芯周围的导柱应比主型芯高出至少6mm。这对于移动式模具采用人工合模时特别重要。(2)定位作用。在模具闭合后使型腔保持正确的形状和所有由动定模合模构成的尺寸的精度，例如定位不准会引起桶形塑件壁厚不均或尺寸精度下降。(3)承受注塑产生的侧压力。当塑件形状不对称或通过侧流道注入塑料时都会产生单向侧压力，该力会使动定模在分型面处产生错动，当侧压力很大时，还不能单靠导柱来承担，需增设锥面或斜面进行定位，例如采用圆锥面作分型面能起很好的定位作用。脱模机构设计5.3.2脱模机构注射成形每一循环中，塑料制品必须准确无误地从模具的型腔中或型芯上脱出，完成脱出制品的装置称为脱模机构，也常称为推

55、出机构。（1）脱模机构的结构如图5.9为脱模机构。它主要由图示的8种零件所组成。图中推杆直接与制品接触，将制品从型芯上推出。推杆由推出固定板和推板经螺栓连接后被夹紧。注射机上的顶柱作用在推板上，经推杆传递脱模力将制品从型芯上推出。为使推出平稳，减小制品在被推出过程中的变形、避免卡滞和磨损，应在推板上设置导柱导向机构。拉料杆在开模瞬间拉住浇注系统凝料，使其随同制品滞留在动模一侧，脱模时再将凝料推出。在合模时复位杆被定模分型面推回，使整个脱模机构复位。模具中还装有限位钉，对脱模机构起支承和调整作用并防止脱模机构在复位时受异物阻碍。图5.9 脱模机构1-推杆；2-推出固定板；3-导套；4-导柱；5-

56、推板；6-拉料杆；7-复位杆；（2）设计原则脱模机构设计一般应遵循如下原则：尽可能使制品滞留在动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。力求良好的制品外观，在选择推出位置时，应尽量选择制品的内部或对制品外观影响不大的部位。防止制品变形或损坏，正确分析制品对型腔的戳附力大小及其所在部位，有针对性地选择合适的脱模机构，使推出重心与脱模阻力中心相重合。由于制品在收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施于制品刚度和强度最大的部位，推顶面积也应尽可能大一些，以防制品变形或损坏。结构合理可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，推杆应具有足够的强度和刚度。（3）脱模力计算脱模力

57、是注射模脱模机构设计的重要依据。但脱模力的计算与测量十分复杂。对于任意形状的壳类制品的脱模力，除了采用专用的计算机程序外，很难用手工计算出来，只能将其简化为圆筒形或矩形进行近似计算。塑件脱模力的计算，如5.10图：图5.10 塑件脱模力示意图周向应力确定制品对型芯包紧的脱模力，应先求出制品包紧型芯的表面正压力Pc，按二向应力状态，对薄壁零件进行力学分析，可得制品壁内周向应力，单位为MPa式中 r型芯半径，mm t制品厚度，mm 制品包紧型芯的表面正压力，MPa（一般取812MPa）由前面计算得，r=4.422mm,t=1mm,Pc=10MPa将r、t、代入上式得，=44.22N 圆筒轴线方向所

58、需脱模力为式中，制品包紧型芯的有效面积，mm2,此处脱模系数，即在脱模温度下制品与型芯表面之间的静摩擦因素，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中黏附的影响。轴向应力薄壁圆筒制品在模内冷却过程中，径向薄壁收缩应力可忽略不计，制品沿脱模方向的轴向应力式中，E在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量，MPau在脱模温度下塑料的泊松比周向的单位收缩量，塑料的线膨胀系数（4）简单脱模机构简单脱模机构是应用最广的结构形式，它包括推杆脱模机构、推管脱模机构、推板脱模机构、活动镶件或型腔板脱模机构、多种元件综合脱模机构和气动脱模机构等结构形式。一般我们选择推杆脱模机构。推杆是推出机构中最简单最常见的一种形式。由于推杆加工

59、简单、安装方便、维修容易、使用寿命长、脱模效果好，因此在生产中广泛应用，但是因为它与塑件接触面积一般比较小，设计不当易引起应力集中而顶穿塑件或使塑件变形，因此当用于脱模斜度小和脱模阻力大的管状或箱类塑件时，应增加推杆数量，增大接触面积。推杆脱模机构由推杆、复位杆、拉料杆(有的模具无拉料杆)和推杆固定板、推板、连接螺钉以及推板导柱、导套等构成，当开模到一定距离时，注射机推出装置推动推板并带动所有推杆、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。合模时复位杆首先与定模边的分型面接触，而将推板和所有的推杆一道推回复位。 推杆脱模机构设计要点如下：1）推出位置的确定、推杆数量和截面形状的设计

60、。推杆的推出位置应设在脱模阻力大的地方。如盖类或箱类塑件，侧壁是阻力最大的地方，因此其端面设置推杆是合理的，而在盖子里面设置推杆时，以靠近侧壁的地方为好。如果只在中心部位推出，则塑件可能会出现裂纹或顶穿的现象。当塑件上设有多个推杆时，应根据各处脱模阻力大小，将推杆合理分布，使塑件脱模时受力均匀避免变形。推杆不宜设在塑件最薄处，以免塑件变形或损坏。当结构需要推在薄壁处时，可增大推出面积来改善塑件受力状况，可采用推件盘推出的形式推杆端面应和型腔在同一平面或比型腔的平面高出005010mm，否则会影响塑件外观和使用。为了保证塑件质量，应多设推杆，以减小各个推杆作用在塑件上的应力，减少变形、开裂、应力

61、发白等现象。当塑件上不允许有推出痕迹时，可用推出耳的形式。按照塑件的形状，推杆的端面形状除了最常用的圆形外，还有各种特殊的截面形状，这类推杆的加工和热处理较困难，孔的加工，可以来用电加工等特殊加工手段。由于加工技术的进步，异形推杆采用愈来愈多。2）推杆形状尺寸设计推杆的形状。推杆最常见的有直杆式圆柱形推杆，常用直径为1.525mm，高度不大于600mm，与推杆孔的配合段可用H7/h7，为了增加细长推杆的刚性，可将其设计成台阶型，一般扩粗部分大于或等于顶出部分直径的2倍。有时将推杆端部截面形状做成与塑件形状一致，但为了加工方便，其下端仍做成圆柱形。推杆的固装方式。推杆和推杆固定板常采用轴肩连接，应将推杆与固定板之间设计有较大配合间隙（0.81mm）推杆的选材。推杆大部分用热作模具钢制造，最后经表面氮化处理，推杆上段表面硬度应达到6065HRC，这样可防止推杆与配合孔问拉毛咬死，此外也可用退火工具钢T8A、T10A或弹簧钢制造，头部局部淬火。配合段表面粗糙度及0.8Um，其余部分则可要求低些。推杆的受力计算与校核。由于推杆是细长杆件，因此其失效性往往表现为稳定性破坏，推杆的受力状态可简化为下端饺支、上端固定(在孔内滑动不能偏转)的压杆，对于等截面的杆件，可计算如下。a.稳定