变焦环注塑模具设计

2021年1月20日发(作者：孔庆德)
本科毕业设计（论文）通过答辩

摘






要

模具工业是国民经济的基础工业，
而塑料模具又是 整个模具行业的霸主。
我国的
塑料成型模具设计，
制作技术起步比较晚，
整体 水平还比较低，
但近几年发展比较迅
速。目前单单型腔的模具达
80%
以上， 仍占主导地位。

该设计通过对多种相似塑件的模具结构参考，设计的是
ABS
塑件模具，采用的
是一模四腔注射。该产品采用环形浇口注射和组合式型腔。型腔由可活动的成形零< br>部件组成。本论文首先简要介绍了注塑模具的结构工艺性，以及在各个行业中的应
用情况，未来的 发展趋势等。接着对该零件进行选材，并完成该零件的加工工艺分
析。在此基础上，完成零件的体积、质 量的计算、并选取注塑机以及注塑机的校核
等等。根据零件图形以及精度要求，拟定出模具的结构方案， 包括浇口的设计、分
型面的选择、模架的选择、以及成型零件的设计等等。设计了定位销等定位零件；< br>设计了弹簧、推杆等其它零件。设计好零件之后，对这些零件进行材料的选取，以
及主要零件的加 工工艺。



关键词
：变焦环；注射模；环形浇口；设计


















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Abstract
The mold industry is the national economical foundation,and the plastic mold is
the overlord in the entire mold industry. It is quite late which the development of
manufacture technology, the overall level is low in our the plastic mold
is developing quite rapidly in plastic take- shape mold design area recent ,
the single cavity mold is above 80%,and still occupied an important position.
By
researching
many
kinds
of
similarly
models
,
designed
a
ABS
model,
which
can
inject
four cavities in one products are ring gated on the side,and adopt combined
type cavity cavity is formed by the formed spare part which can move .
This
paper
briefly
introduced
the
craft
of
the
injection
molding,
as
well
as
the
applications in the various sectors, and the development trends in the future. Then,
we
selected
the
material
for
the
part
and
determinated
the
analysis
craft
.On
this
basis,
completed the components the volume, the quality computation, and selects injection
molding
machine
as
well
as
injection
molding
machine's
examination
and
so
on.
According
to
the
components
graphs
as
well
as
the
accuracy
requirement,
draws
up
mold's
organization
plan,
including
the
runner
design,
divides
the
profile
the
choice,
pould
frame's
choice,
as well as formation components design and so on. we designed the position components,
like
the
Positioning
pin;
we
also
designed other
components,
like
the
spring
、
Throwout
lever and
so
on.
After
the
design,
we
selected
the
materials
for
the
above
components,
made the processing technology for the major parts.

key words
：
ring of zoom leans; injection molding; ring gated; Design

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目






录


第
1
章

绪论

................................... ........................... 1

1.1
我国塑料模现状
.................................. .................. 1
1.2
塑料模发展趋势
..... ............................................... 2
第
2
章

制品的分析

........... ............................................. 4

2.1
制品的简介
...................... .................................. 4
2.1.1
结构分析
..................................... ................. 4
2.1.2
制品的工艺性及结构的分析

....................................... 4
2.2
塑件材料的分析
.......................... .......................... 5
2.2.1

ABS
的注射成型工艺

............................................. 5
2.2.2

ABS
性能分析

.......... ......................................... 5
2.2.3

ABS
成型塑件的主要缺陷及消除措施

............................... 7
第
3
章

拟订模具的结构形式

....... ......................................... 8

3.1
确定型腔数量及排列方式
............................................ 8
3.1.1
型腔数量的确定

..................... ............................ 8
3.1.2
排列方式的确定

..................... ............................ 8
3.2
模具结构形式的确定
................................................ 8
3.3
分型面位置的确定
.................................................. 8
3.3.1
分型面的选择原则

.................. ............................. 9
3.3.2
分型面的确定

...................... ............................. 9
3.4
注射机的型号和规格的选择和校核
................................... 10
3.4.1
注射机的选用原则

.............................................. 10
3.4.2
塑件体积和质量的计算

.......................................... 10
3.4.3
注射机型号的确定

.............................................. 11
3.4.4
需填充塑件体积的计算

.......................................... 11
3.4.5
注射机及参数量的校核

.......................................... 11
3.5
浇注系统的设计
.......................... ......................... 14
3.5.1
主流道的设计

...................... ............................ 14

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3.5.2
分流道的设计

................................................. . 17
3.5.3
浇口的设计

.................. .................................. 18
3.5.4
冷料穴的设计

...................... ............................ 19
3.5.5
浇注系统的平衡

..................... ........................... 20
3.6
排气系统的设计
.................................. ................. 21
3.6.1
排溢设计

... .................................................. . 21
3.6.2
引气设计

................... ................................... 22
3.6.3
排气设计

........................ .............................. 22
3.6.4
开设排气槽应注意的问题

........................................ 22
3.6.5
该套模具的排气方式

............................................ 22
3.7
冷却系统的设计
....................... ............................ 22
3.7.1
冷却介质

........................ .............................. 23
3.7.2
冷却系统的设计原则

............................................ 23
3.7.3
冷却装置的理论计算

............................................ 23
3.8
脱模推出机构的确定
............................................... 26
3.8.1
脱模推出机构的设计原则

........................................ 26
3.8.2
制品推出的基本方式

............................................ 27
3.8.3
脱模力的计算

................... ............................... 27
3.8.4
推杆尺寸的计算

..................... ........................... 28
3.8.5
推板厚度的计算

..................... ........................... 29
3.9
合模导向机构的设计
............................................... 30
3.9.1
导柱导向机构的设计

............................................ 30
3.9.2
导套的设计

.................... ................................ 31
3.10
模架的选用
.................................... .................. 32
3.10.1
组合式矩形型腔侧壁厚度的计算

................................. 32
3.10.2
组合式矩形型底板壁厚度的计算

................................. 33
3.10.3
模架的选用

...................... ............................. 33
3.10.4
模具厚度尺寸的确定

........................................... 33
3.11
成形零件的设计
.................................................. 34

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3.11.1
影响塑件尺寸和精度的因
素

..................................... 35
3.11.2
凹模的设计

...................... ............................. 36
3.11.3
凸模的设计

...................... ............................. 39
第
4
章

塑料模材料的选用及技术要求

....................................... 41

4.1
塑料模材料的性能要求
............................................. 41
4.2
塑料模零件选材原则
............................................... 41
4.3
塑料模材料的选用
................................................. 43
4.3.1
成型工作零件的选用

............................................ 41
4.3.2
本设计的材料选用

.............................................. 42
4.3.3
该套模具所用材料的性能比较

.................................... 43
4.4
模具的精度要求

....................... ............................. 43
4.4.1
模具零件的公差与配合选择

...................................... 43
4.4.2
模具与制品精度关系

............................................ 43
4.4.3
标准公差数值

................... ............................... 44
4.4.4
配合种类的选择

..................... ........................... 44
结论

.... .................................................. ............... 47
致谢

................. .................................................. .. 47
参考文献

............................ ..................................... 46




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第一章

绪

论

1.1
我国塑料模现状

中国 现已成为世界最大的塑机生产国和消费国之一。据统计，
2003
年中国塑料
机械工业 总产值
128.21
亿元，销售金额达到
122.06
亿元，产值和销售额< br>10
年来的
年均增长率都在
13%
以上。
2003
年 中国共出口塑机
5.83
亿美元，
10
年来中国塑机出
口额年均增长 率高达
41%
。不过中国出口的塑机产品中，低端产品占
90%
以上。中国< br>塑料加工机械进口额更大，
2003
年达
39.36
亿美元，比上年增 长
54.7%
。中国
2003
年塑机市场容量已经达到了约
10万台
(
套
)
，其中国产塑机约
8.3
万套，进口塑机约
1.7
万套。
尽管国产塑机占市场容量的
80%
，
其销售额 却只占塑机市场总额的不到
20%
。
进口塑机的单机价格为国产设备的
8-1 0
倍，附加值远高于国产塑机。中国塑机工业
必须努力开发高技术含量的产品，
才能改 变我国目前塑机“大而不强”的局面，
增强
在国际市场上的竞争力。

作为一 个为深加工行业提供装备的行业，我们前
40
年的发展思路基本上是以两
个方面为依据 的：
一是国外先进国家做什么，
我们就跟着做什么；
二是塑料加工行业
要规划 什么，
我们就发展什么。
如此做法是由我们行业所受到的历史和客观条件局限
所决定的 。

世界大多数后来居上的国家所迈出的第一步大都是“模仿”，这样做无可非议，
也 是正确的。
原来以塑料加工厂为主的塑料加工业面对的是直接的消费市场，
而我国
塑料 机械行业则面对的是间接的市场，
我们只能根据塑料加工行业的信息反馈来确定
该生产什么。< br>这在行业十分弱小、
高质量人才匾乏、
短缺经济条件下也是完全正确的。
但是，
现在我们的塑料机械行业已经初具规模，
有了一定的实力和进一步发展的基础；
同时各 个行业都在使用塑料机械，
原有以塑料厂为主的塑料加工行业已不能再代表塑
料机械的买方市场 趋势，
因此，
就不能再照搬过去的模式而要在特征为买方市场的前
提下思考问题。
按照国际流行的模式，
先进的塑料机械制造厂商的触角早已深入到了直接的消费
市场。
他们不断研究、
寻找和发现消费市场的需求
(
这里包括民用及工业消费
)
，
自行
开发新型的塑料制品，
然后为此而设计机器、
安排 工艺配方，
直至为设备的使用者提
供一套包括加工装备在内、
能成功地制成一种新型产 品的交钥匙工程。
这种方式已完

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全不同于传统的“用户需要什么，
我们就生产什么”的消极模式，
而是一种引导市场
消 费的积极模式。这是市场观念质的飞跃。

上述差距是不能以时间作为单位来度量的。
要达到这一步需要大量具有创新精神
的高素质的管理人才；需要大量跨学科、跨行业的高素质科技人才； 需要有效的、广
泛的、
跨行业的社会信息流通体系。
而我们能否在下个世纪初不长的时 间内尽快转变
老的模式，
采用新的或更新的模式当是消除或缩小我们同先进国家之间差距的关键 所
在。

目前国外塑料机械流行的设计观念是以所要加工制品的需求为原则，
如何让用户
在市场中取胜为理念，
为设备的使用者设计制造专用设备。
由此而涌现出大 量我们至
今尚未掌握的新技术，
如三维回路板技术
(MIDs)
、
双 泡管膜法、
混炼与注射结合技术、
同向双螺杆直接挤出技术、
熔体泵以及一直普遍流行 的而在我国应用甚少的热流道技
术，近来出现的气辅、水辅注射技术等，并因而引出了所谓“模块化”的 设计方法，
我们在四年前曾称之为“功能单元化设计”。

由于人才的缺乏和知识结构 更新缓慢，
我国塑料机械的控制水平未能紧跟国际电
子技术、
通讯产业的飞速发展。< br>国际上为使设备更加高速、
高效，
相继采用了“奔腾”
级的电脑控制。
因此，
我们的控制精度、
制品重复精度都与国外先进水平有较大的差
距。
不仅 如此，
将来甚至会有一天这些差距会在售后服务等原来与控制系统无关的方
面，
全方位 地体现出来。
当然这也与我们企业缺乏高技术人才、
不掌握国际控制技术
进展的信息、 不知如何改进现有设备有关。说到底，还是个知识和人才的问题。

1.2
塑料模发展趋势

塑料作为现代四大工业基础材料之一，越来越广泛地在各行各业应用 。其中注塑
成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。
随着社会的经济技术不段向前
发展，
对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。
塑料制品的造型和精< br>度直接与模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对模具的要求。

由于计算技术 和数控加工迅速发展，使得
CAD/CAM
逐渐取代了过去塑料模的
设计与制造技术，
使传统的设计制造方法及组织生产的模式发生了深刻变化。
塑料模
CAD/CAM的发展不仅可以提高塑料模质量，
减少塑料模的设计与制造工时，
缩短塑
料模生产 周期，
加快塑件生产和产品的更新换代，
而且更主要的是能满足当前用户对
塑料模行业 提出的
“
质量高、交货快、价格低
”
的要求。


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塑料模以后的发展主要有以下几方面：

1
、注射模
CAD
实用化；

2
、挤塑模
CAD
的开发；

3
、压塑模
CAD
的开发；

4
、塑料专用钢材系列化。


























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第二章

制品的分析

2.1
制品的简介

2.1.1
结构分析

1
、变焦环模型图：


图
2-1
塑件图

2
、塑件材料的选择：选用
ABS
。

3
、色调：黑色。

4
、生产批量：大批量。

2.1.2
制品的工艺性及结构的分析

数码相机变焦环应有一定的结构 强度，由于中间有镜片，前面还有镜头，
所以应
保证它有一定的装配精度。

精度等级：采用
MT7
级精度。

ABS
塑料的脱模斜度：
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。
）

2.2
塑件材料的分析


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2.2.1 ABS
的注射成型工艺

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

2
、
ABS
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/ cm
?）
: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
2.2.2 ABS
性能分析

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。


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（
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。

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
）< br>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
2-1
热物理性能

密度
(g/ cm
?
)
导热系数

(W
·
m
·
K
×
10
)
滞流温度
(
°
C)


-1
-1
-2
1.02
—
1
．
05
比热容
(J
·
kg
-1
K
-1
)
13.8
—
31.2
130
线膨胀系数

(10
K
)

-5
-1
1255
—
1674
5.8
—
8.6

本科毕业设计（论文）通过答辩

表
2-2
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

缺

口

50
35
80
53
261
11
抗拉强度
(MPa)
拉伸弹性模量
(GPa)
弯曲弹性模量
(GPa)
抗剪强度
(MPa)
38
1.8
1.4
24
布氏硬度

9.7R121
表
2-3
电气性能

表面电阻率（
Ω
）

击穿电压（
KV/mm
）

介电损耗角正切（
10
6
Hz
）

1.2
×
10
13


0.007
体积电阻率（
Ω
·
m
）

介电常数（
10
6
Hz
）

耐电弧性
(s)
6.9
×
10
14

3.04
50
—
85
2.2.3 ABS
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）
。
< br>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。









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第三章

拟定模具的结构形式

3.1
确定型腔数量及排列形式

3.1.1
型腔数量的确定

一般来说，
结构简单、
制造 成本低、
周期短、
塑件的精度高、
工艺参数易于控制，
这种塑件一般用单型腔 模具，
但是这种方法的生产率低、
塑件的成本高，
适合于塑件
较大，
精度要求较高或者小批量生产及试生产；
多型腔模具的特点是：
塑件成形的生
产率高、 塑件的成本低、塑件的互换性差，工艺参数难以控制、模具结构复杂、模具
的制造精度和成本高、周期长 ，适用于小塑件的大批量生产。

而模具型腔的数量是根据注塑机的最大注塑量、
锁模 力以及产品的精度要求、
生
产经济性来确定的。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
用一模四型的模具结构。

3.1.2
排列方式的确定

通常的排列方式有圆形排列、
H
形排列、直线排列 及复合排列等。
在进行型腔的
布置时应根据塑件的形状和大小来确定排列方式，
型腔的 布置和浇口的开设部位应力
要求对称，型腔的圆形排列加工较困难，直线排列加工容易，但平衡性较差，
H
形排
列平衡性能好，而且加工性能尚可，所以使用的比较广泛。该塑件应采用
H
形排列。

3.2
模具结构形式的确定

由于该零 件的内部有侧凹，
需采用带有活动成形零部件的注射模，
要求注射模设
置可活动的成形 零部件，
如活动凸模、
活动凹模。
活动镶件、
活动螺纹型芯或型环等，
在脱模时可与塑件一起移出模外，然后与塑件分离。

3.3
分型面位置确定

模具上用以取出制品和
（或）
浇注系统凝料的，< br>可分离的接触表面称之为分型面。
分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模
,而且涉及模具结构与制造成本
.
在
制品设计阶段，
就应考虑成形时分型面 的形状和位置，
否则无法成形。
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，对制
品质量、
工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很 大影响。
因此，
分型面的选择是
注射模设计中的一个关键因素。


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3.3.1
分型面的选择原则

1
、分型面应选择在制品的最大截面处
,
无论塑件以何方位布置型腔
,
都应将此作
为首要原则；

2
、有利于保证制品的外观质量
,
分型面上型腔壁面稍有间隙
,
熔体就会在塑件上
产生飞边；
< br>3
、尽可能使制品留在动模一侧
,
因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行 ；

4
、有利于保证制品的尺寸精度；

5
、尽可能满足制品的使用要求；

6
、尽量减少制品在合模方向上的投影面积
,
以减小所需锁模力；

7
、长型芯应置于开模方向
,
当塑件在相互垂直方向都需设置型心时
,
将较短的型
心设置在四侧抽芯方向
,
有利于减小抽拔距离；

8
、有利于排气；

9
、有利于简化模具结构
,
应尽量避免侧向分型或抽芯；

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便。

3.3.2
分型面的确定

根据以上原则，该模具应有两个分型面，如图
3-1
所示

。
A-A
为第一分型面，
分型后浇注系统凝料由此脱出；
B-B
为第二分型面 ，分型后塑件由此脱出。


图
3-1
分型面位置示意图


本科毕业设计（论文）通过答辩

3.4
注射机的型号和规格选择及校核

注射模是安装在注射机上的，< br>因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范
进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具， 同时选定合适的注射机型号。

从模具设计角度考虑，
需要了解注射机的主要技术规范 。
在设计模具时，
最好查
阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的 技术规范，
。因为即使
同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。

选用注射机时，
通常是以某塑件
（或模具）
实际需要的注射量初选某一公称注 射
量的注射机型号，
然后依次对该机型的公称注射压力、
公称锁模力、
模板行 程以及模
具安装部分的尺寸一一进行校核。

3.4.1
注射机的选用原则

1
、计算塑件及浇道凝料的总容量（ 体积或重量）应小于注射机额定容量（体积
或容量）的
0.8
倍；

2
、模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力；

3
、模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力；

4
、模具的闭模高度应在注射机最大，最小闭合高度之间；

5
、模具脱模取出朔件所需的距离应小于所选注射机的开模行程；

6
、模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺
寸安装时应不受拉杆间距 的影响，
模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配
合；
模具的模板各安装孔应 与注射机固定模板的安装孔相对应、
机床喷嘴孔径和球面
半径应与模具进料孔相对应，注射机的 开模行程应满足脱件条件。

以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号；
为了保 证正常的注射成型，
模
具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：

V
实
?
V
公

式子中，
V
实——
实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（
cm
3
）
。
3.4.2
塑件体积和质量的计算

从
ABS
的物 理性质可得：
ρ
=1.02
~
1
．
05
g
cm
3
，这里不妨取
1.05
g
cm
3
，这里我们利用
Pro/E
中的“分析
/
模塑分析
/
模塑质量 属性”可以得到


本科毕业设计（论文）通过答辩

1
、塑件体积
=37.33387124596
（
cm
?）
，

而为密度
= 1.05 (g/ cm
?）

；

2
、塑件质量
=39.2 (g)
3.4.3
注射机型号的确定

根据塑件的体积初步选定用SZ-200/1000
（卧式）型注塑机。
SZ-200/1000
（卧
式）型注塑机的主要技术规格如表
3-1
：

表
3-1
注塑机的主要参数

理论注射容积
(cm
?）

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)
210
150
14
1000
300
150
￠
125
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)
42
110
10-250
315
×
315
350
双曲肘

SR15
3.4.4
需填充塑件体积的计算

1
、主流道的体积约为：

V(cm
?
) = 3.14
×
0.414
2
×
2.5 = 1.3455
2
、分流道与浇口的体积约为：

V(cm
?
) = 20
×
3.14
×
0.4
2
= 10.048
3
、该模具总共需填充塑件的体积约为：

V(cm
?
) = 4
×
37.33387124596 +1.3455 + 10.048= 160.75299
3.4.5
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


本科毕业设计（论文）通过答辩

V = nV
z
+ V
j
或
M = nm
z
+ m
j
式中
V
（
m
）— —一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量
(cm
?或
g
）
；
n
——型腔数目

V
z
（
m
z
）——单个塑件的容量或质量
(cm
?或
g
）
。

V
j
（
m
j
）——浇 注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量
(cm
?或
g
）
。

故应使

nV
z
+ V
j

≤
0.8V
g

或
nm
z
+ m
j

≤
0.8m
g
式中

V
g
（
m
g
）——注射机额定注射量
(cm
?或
g
）
。< br>
根据容积计算

nV
z
+ V
j
= 160.75299
≤
0.8V
g

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
?
Km
N
?
m
2

m
1
式中
K
——注射机的最大注射量的得用系数，一般取
0.8
；

m
N
——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
cm
?）
；

m
1
——单个塑件的质量或体积（
g
或
cm
?）
。

所以需要

n
?
?
0.8
?
210
?
(1.3455
?
10.048)
?
?
4.2
37.33387124596

n=4
符合要求

3
、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核


本科毕业设计（论文）通过答辩

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：

F
锁
?
P
m
(
nAz
?
A
j
)

式中

F
锁
——注塑机额定锁模力（
N
）

< br>A
z
、
A
j
——分别为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影 面积（
mm
2
）


P
m
——塑料熔体在型腔内的平均压力（
MPa
）

查得
ABS
的平均成型压力为
30
（
cm
2
/M Pa
）

所以需要
F
胀
?
P
m
(
nA
z
?
A
j
)
?
30
?
(4
?
5042
?
800)
?
626880
<
F
锁
=1000
×
10
?
N
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
P
max
,
应该大于注射机成型时所调用的
注射压 力，即：

P
max
﹥
Kp
0

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：

H
min
﹤
H
﹤
H
max
式中
H
min
——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距；

H
max
——注射机允许的最大模厚。

注射机允许厚度

150
﹤
H
﹤
350
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，对于双分型面注射模：


本科毕业设计（论文）通过答辩

S
max

≥
s = H
1
+ H
2
+ 5
——
10mm
式中
H
1
——摧出距离（脱模距离）
（
mm
）
；

H
2
——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（
mm
）
。

开模距离取
H
1
= 26
包括浇注系统凝料在内的塑件高度取
H
2
= 78
余量取
8
则有：

S
max

≥
s = 26+78+8 =112
符合要求。

3.5
浇注系统的设计

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。

3.5.1
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，< br>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，锥角为
2
°——
6
°。

1
、主流道的尺寸的计算


（
1
）

主流道小端直径

主流道小端直径
d =
注射机喷嘴直径
+ 2
～
3
= 3 + 2
～
3
取
d = 5
（
mm
）
。

（
2
）

主流道的球半径

主流道的球半径
SR = 15 + 1
～
2
取
SR = 16
（
mm
）
。


本科毕业设计（论文）通过答辩

（
3
）

球面配合高度

球面配合高度为
3
～
5
取
3
（
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 = 40
（
mm
）

（
5
）

主流道锥度

主流道锥角一般应在
2
°
~
6
°，取
α
= 4
°，所以流道锥度为
α
/2=2
°。

（
6
）

主流道大端直径

主流道大端直径

D
?
d
?
2
Ltg?
?
/
2
?
?
5
?
2
?40
?
tg
2
°


≈
7.8
（
mm
）

（
7
）

主流道大端倒圆角

倒角
D/8
≈
0.975
（
mm
）

根据以上数据和注射机的有关参数，设计出主流道如图
3-2
：


图
3-2
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
熔要冷热交换地反复接触，
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< br>等，热处理要求淬火
53
～
57 HRC
。主流

本科毕业设计（论文）通过答辩

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。

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图
3-3
：


图
3-3
主流道具体尺寸

3
、

主流道衬套的形式

主流道衬套的固定形式如图
3-4
：



本科毕业设计（论文）通过答辩

图
3-4
衬套的固定形式

3.5.2
分流道的设计

该模具为一 模四腔的结构，
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。

各种截面的效率见表
3
—
2
。























表
3
—
2
各种截面的效率表

截面形状

效率

圆形

0.25D
方形

0.25D
六边形

0.217D
半圆形

0.153D
梯形

0.195D
矩形

0.100D
1
、分流道的截面形状选择

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，
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，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。

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
3m m,
质量在
200g
以下的塑件，可用下述公式确定分流道的
直径：

D = 0.2654W
L
其中
D
——流道直径（
mm
）
；

W
——塑件的质量（
g
）
；

L
——分流道的长度（
mm
）
。

但由于该塑件壁厚大于< br>3mm
，所以上式不能使用，这里我们可以通过表
3-3
来确定分
1< br>2
1

4

本科毕业设计（论文）通过答辩

流道的截面尺寸。


表
3-3
部分常用塑料常用分流道断面尺寸推荐范围

塑料名称

分流道断面尺寸
mm
塑料名称

分流道断面尺寸
mm
ABS
、
AS
聚乙烯

尼龙类

聚甲醛

聚丙烯

丙烯酸塑料

4.8
～
9.5
1.6
～
9.5
1.6
～
9.5
3.5
～
10
5
～
10
8
～
10
聚苯乙烯

软聚氯乙烯

硬聚氯乙烯

聚氨酯

聚苯醚

聚砜

3.5
～
10
3.5
～
10
6.5
～
16
6.5
～
8.0
6.5
～
10
6.5
～
10
（
2
）根据分流道截面形状与流动理论长度 的关系，再考虑到
ABS
的成型工艺性
能，可确定分流道直径为
8mm.
3
、分流道的长度

分流道的长度应尽量短，
且少弯折。
由 于该模具为一模四腔的结构，
所以分流道
长度为：

L = 50
×
4 = 200
（
mm
）

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，< br>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
～
1.6
μ
m，
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。

3.5.3
浇口的设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，
它是浇注系统的 关键部分。
浇口
的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。

1
、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；


本科毕业设计（论文）通过答辩

（
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。

2
、浇口结构的形式

注射模的浇口结构形式较多，
不同类型的浇口 其尺寸、
特点及应用情况个不相同。
按浇口的特征可分为限制浇口和非限制浇口；按浇口形状可 分为点浇口、扇形浇口、
盘形浇口、
环行浇口及薄片式浇口；
按浇口的特征性质可分为 潜伏式浇口、
护耳浇口；
按浇口所在的塑件的位置可分为中心浇口和侧浇口等。


对于该模具，是中小型制品的多型腔模具，同时从塑件的形状等各方面分析知
该模具采用的是环浇口，长度一般为
0.7
~
2.0mm
，这里取
2mm
，厚度范围为
0.25
~
1.6mm
，这里取
1. 6mm
。

3.5.4
冷料穴的设计



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形性能不佳，
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穴（冷料
井）
。

冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，
以防 止冷料进入型腔而影响制件质量。


本科毕业设计（论文）通过答辩

1
、主流道冷料穴

主流道冷料穴常设在主流道的末端，开模时应将主流道中 的冷凝料拉出
,
所以冷
料穴直径宜稍大于主流道大端直径
.
其中D
为主流道大端直径
,
该模具取
d=D=8
(mm),

1
、浇注凝料


2
、
Z
形拉料杆


3
、凹模垫板


4
、拉料杆

图
3-5
主流道冷料穴与
Z
形拉料杆的匹配

其中
2
为主流道的
Z
形拉料杆，
这样设计的好处是不仅能容纳熔料的 冷峰，
同时还可
以配合拉料杆巧妙的拉出凝料，见图
3
—
5
。

2
、分流道冷料穴

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穴，以
储存前锋冷料，其长度为分流道直径的
1.5
～< br>2
倍。这里取
12mm
。




该模具的分流道冷料穴与流道的截面形状相同，
直径逐渐缩小的半圆形，
见图
3—
6
。


1
、定模座板

2
、分流道冷料穴

3
、凹模垫板

图
3-6
分流道冷料穴


本科毕业设计（论文）通过答辩

3.5.5
浇注系统的平衡





对于中小型制品的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，
设计时应尽量保证所有
的型腔同时得到 均一的充填和成形。
一般在制品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流量及成形工艺条件达到一致，
这就是浇注系统的平 衡。

1
、分流道平衡

对于多型腔模具，
为了达到各型腔 同时充满的目的，
可通过调整分流道的长度及
截面面积，改变熔料在各分流道中的流量，达到浇 注平衡的目的。计算公式如下：



























L
1
d
1
Q
1
?
?

L
2
d
2
Q
2
式中









Q
1
，
Q
2
——熔料分别在流道
1
和流道
2
中的流量，
cm
3
/s
；

d
1,

d
2
——分流道
1
和分流道
2
的直径，

cm
；

L
1
，
L
2
——分流道
1
和分流道
2
的长度，
cm
。

该模具显然是平衡。

2
、浇口平衡

在多型腔非平衡分流 道布置时，
由于主流道到各型腔的分流道长度或各型腔所需
填充流量不同，也可采用调整各浇口 截面尺寸的方法，使熔料同时充满各型腔。

浇口平衡简称为
BGV
（
balanced gate value
）
,
只要做到各型腔
BGV
值相同，
基本
上能达到平衡填充 。对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下：
















BGV=
Sg
Lr
?
Lg





式中



S
g
——浇口的截面积，
mm
2












Lg
——浇口的长度，
mm;







L
r
——分流道的长度，
mm
。
< br>该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同，显
然是平衡式的。< br>
3.6
排气系统的设计