1、第 1章 绪论 1.1我国塑料模具工业发展的现状 塑料工业是新兴的工业，是随着石油工业的发展而产生的，目前塑料制品几乎已经 进入一切工业部门以及人民的日常生活的各个领域。随着机械工业、电子工业、航空工 业、仪表工业和日常用品工业的发展，塑料成型制件的需求量越来越多，质量要求也越 来越高，这就要求成型塑件的模具开发、设计和制造的水平也必须越来越高。事实上， 在仪表仪器、家用电器、交通、通讯等各行各业中，有70%以上的产品是用模具来加工 成型的。工业发达国家，其模具工业年产值早已超过机床行业的年产值。 在塑料制件的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、 优质的模具材料和现代
2、化的成型设备等都是成型优质塑件的重要条件。因此，塑料成型 技术在塑料模的设计、制造、模具的材料以及成型技术等方面都有着很大的发展空间。 如：CAD/CAE/CAM技术的快速发展和推广应用、各种模具新材料的研制和使用、模具 的标准化以及塑料制件的微型化、超大型化和精密化。 模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然 很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国 模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡 镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部
3、结构的调整和技 术发展水平的提高。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电 器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS 的UG、美国 ParametricTechnology 公司的 Pro/Engineer 等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大 量资金，但在我国模具行业中实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE 技术对成型过 程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国 模具CAD/CAM技术的发展。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、 长寿命、
4、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增 大；专业模具厂数量及其生产能力增加等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角 洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、 模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大 发展。1.2存在问题和主要差距 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平 总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表 现在以下几方面： 1总量供不应求 国内模具自配率只有70%左右。 其中低档模具供过于求， 中高档模具自配率只有5
5、0% 左右。 2企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60% 左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织 形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总 量比例不足30%，而国外在50%以上。 3模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平 产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。 造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及 多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个
6、原因： （1）国家对模具工业的政策支持力度还不够。 （2）人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少。 （3）工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。 （4）专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差。 （5）模具材料及模具相关技术落后。 1.3今后主要的发展方向 1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。 2.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。 3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。 4.开发新的成型工艺和快速经济模具。 5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。 6.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
7、7.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。 1.4本科毕业设计课题的任务、要求、技术难点及要达到的预期效果 首先，要了解整个模具行业近十年来设计的发展概况以及应用水平，特别是注塑模 具设计的先进技术和方法。其次，熟练掌握 Pro/E 应用软件，还要了解目前应用较为广泛的其他应用软件，如 UG、PowerMill、AutoCAD 软件等。再次，必须对成型材料的 成型特性有足够的了解；最重要的是掌握注塑模具的设计特点和结构特点。我要解决的 主要问题是设计开关外壳的注塑模具（特别是结构设计），最后利用Pro/E软件绘出该零 件注塑模具的三维图，利用 AutoCAD绘制其二维工程图。 为了解决这些问
8、题，我必须首先明确注塑模具的设计流程，并作出详细的工作进度 计划，在其间应了解各种软件的应用，特别要熟练掌握 Pro/E；掌握注塑模具的设计程 序、规范及结构特点；了解模具的标准件，以提高模具设计效率，减少设计周期。还应 掌握零件尺寸和公差与零件设计几何要求关系，因为在设计模具时，必须根据制件的尺 寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级，得到零件的工作尺寸；模具的 制作是在高温下进行的，所以应了解模具的各种材料属性（要求其综合性能良好，冲击 韧性，力学强度较好，尺寸稳定，耐化学性、电化学性能良好），特别是它的收缩率。 所有这些资料必须通过图书馆查找期刊文献、会议文献以及专业书籍得到，
9、所以还要熟 练资料的检索。 第 2章 塑件产品分析 2.1 设计任务 本课题是针对一款现有的电视遥控器上盖的产品，进行测绘，逆向工程设计设计， 把实物转化为3D模型设计。题目：电视遥控器注射模具设计。 2.2 产品分析 本设计为面板类壳体模具，壳体的尺寸为 170mm67mm17mm，壁厚为 2.5m， 且有四个螺纹孔，在底部有一个电池盒，壁厚为1.5m其效果如图21、22所示： 图21 遥控器面板示意图图22 遥控器内部示意图 2.3 材料选择 2.3.1 塑料介绍 塑料（Plastics)是以有机高分子化合物为基础，加入若干其他材料（添加剂）制成 的固体材料。 塑料的优点：塑料的强度较小，
10、有较高的比强度。塑料还具有较高的电绝缘和热绝 缘性，良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及优异的成型工艺性。 塑料的缺点：强度，硬度较底，易老化等。 2.3.2 分析塑料零件材料 该塑件为遥控器外壳的上半部分，有以下特点： （1）它所处的工作环境好，处于室温下，不承受冲击载荷，也不处于酸、碱、盐性 环境中； （2）产量大，用于一般的日常生活中，故要求此塑件材料质优而价廉，且对人体不 产生任何毒副作用。 （2）内部结构复杂成型较困难。 （4）要求要有较美丽的外观。因此我初步选择采用通用塑料。 通用塑料分为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）等品种，多用于一般工农业生产和日常
11、生活之中，具有价格低等特点。 聚乙烯PE：是由乙烯单体聚合而成的。 特点：采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物：有高压PE、中压PE、低 压PE三种。 高压PE：由于有较低的密度、相对分子质量、结晶度，故质地柔软；低压 PE：由于含有较高的相对分子质量、密度、结晶度，故质地坚硬，耐寒性 能良好，在70时还保持柔软，化学稳定性很高，能耐酸、碱及有机溶 剂，吸水性极小有跟突出的电气性能和良好的耐辐射性等。 缺点：是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载荷和不能在较高 的温度下正常工作。 b 聚氯乙烯PVC：是由乙炔气体与氯化氢合成氯乙烯单体，然后在聚合成聚氯乙 烯。 特点：可分为硬质
12、PVC和软质PVC。 硬质PVC:力学强度高，电气性能优良，耐酸、碱的抵抗力极强，化学稳定性很好。 缺点：是软化点低，机械强度高。其可在1560时使用。 软质PVC：有质轻、隔热、隔音、防震等特点，而且强度低、易老化、延伸率高。 c 聚丙烯PP： 特点：聚丙烯的主要特点是相对密度小，约为 0.9。它的力学性能如屈服强度、拉 伸强度、压缩强度、硬度等，均优于低压 PE。并有很突出的刚性，耐水行较好，可在 100 以上使用，若不受外力，则温度升到 150 也不变形。基本上不吸水，并且有较好的 化学稳定性，除对浓硫酸、浓硝酸外，几乎都 很稳定。绝缘性能优越，高频电性能优良，而且不受温度影响，成型容易
13、。对人 体不产生毒副作用，可用于药品及食品的包装。 缺点：耐磨性不够高，成型收缩率较大，低温呈脆性，热变形温度亦较低。 d 聚苯乙烯PS：聚苯乙烯略早于聚丙烯问世，其原料十分丰富，是目前最广泛 应用的材料之一。 聚苯乙烯的密度为 1.041.16g/cm 3 ,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。聚苯 乙烯遇火会自燃。 聚苯乙烯的代号为（PS），其分子结构式为：H C C H H n 聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环，故柔顺性差，质地脆硬，抗冲击性能差， 敲打时发出类似金属的响声。 机械强度低于硬质聚氯乙烯，尤其是相对分子量较小的品种强度更差， 聚苯乙烯属于非结晶型聚合物。 聚苯乙烯具有良好的可
14、塑流动性和较小的成型收缩率，是成型工艺最好的塑料品 种之一，容易制造形状复杂的制品。 聚苯乙烯无色透明，透光性仅次于有机玻璃，容易着色，常用于制造要求透明或 颜色鲜艳的制品。 聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿的环境中尺寸变化很小，适用于制造要求尺 寸稳定的制品，如仪表仪器壳体等。 聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小，是 优良的高频绝缘材料。聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，形状复杂的制品成型后存在较大 的内应力时，常会在使用中自行开裂。为改善聚苯乙烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明 显降低脆性，提高冲击韧性。这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。 2.3.3 材料选择 由以上四种通
15、用塑料的性能分析可知：我的塑件遥控器外壳的材料宜采用聚苯乙烯 （PS） 。 以下是聚苯乙烯塑料的技术数据： 1：成型特点： ：无定形料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力； ：流动性好，溢边值0.03左右，应防止飞边； ：塑件壁厚应均匀，不易有嵌件，（如有嵌件应先预热），缺口，尖角各面应圆弧连接；：可用螺杆式或柱塞式注射机加工，喷嘴可以选用直通式或自锁式； ：易采用高料温，低模具温度，低注射压力延长注射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，料温低或脱模剂多则透明性较差； ：可以采用各种形式的浇口，浇口于塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏
16、塑件， 脱模斜度易取2以上，顶出均匀，以防止脱模不良而发生开裂 2:物理性能： 密度 g/cm 3 比体积 cm 3 /g 吸水率 透光 率 % 摩擦系数 24h 长时间 PS钢 （ 无润 滑） PS铜 （ 有润 滑） % 1.041.06 1.101.11 0.010.03 浸水18天 0.05 透明 0.34 0.16 3:热性能： 玻璃化 温度 熔点 熔融指数 MFI g/10min 维卡针入 度 热变形温度 45N/ 2 180N/ 2 100105 170176 230负荷21N2.09 2.038.69 140150 102115 5657 线膨胀系数 10 5 / 计算收缩率 比
17、热容 J/(kg.k) 热导率 w/(m.k) 燃烧性 cm/min 9.8 0.60.8 1930 0.118 缓慢 4:力学性能： 屈服强 度 Mpa 抗弯强 度Mpa 断裂 伸长 率% 弯曲弹 性模量 Gpa 抗压 强度 Mpa 冲击韧度 KI/m 2 布氏硬 度 HBS 无缺 口 缺口 37 67 200 1.45 56 78 3.44.8 8.65 R9.510.55:电气性能： 电阻率 m 击穿电压 kv/ 介电常数 介电损耗角正切 耐电弧性 s 10 14 30 2.02.6 0.001 125185 7:成形条件： 注射机类型 密度 g/cm3 计算收缩率 % 预热 温度 时间
18、 h 柱塞式 1.21.33 0.10.2 6075 2 料桶温度 喷嘴温度 模具温度 注射压力 Mpa 后段 中段 前段 140160 170190 3265 60110 成型时间s 螺杆 转速 r/min 适用注射机类型 注射时间 （秒） 高压时间 冷却 时间 总周期 1545 03 15 60 40120 48 螺杆、注塞均可 后处理 方法 红外线鼓风烘箱 温度（） 70 时间（H） 24 2.3.4 塑件精度等级的选用 经查表本塑件选用一般等级，精度等级为5 2.3.5 圆角设计 为了避免应为集中，提高塑件的强度，便于塑件熔体的流动和塑件脱模，在塑件的内外表面的各连接处均应设计过渡圆弧
19、。第3章 成型部分及其零部件设计 3.1分型面的设计 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型 位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的 制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几 种方案中优选出较为合理的方案。选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利 脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会 存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。 该塑件分型面选择有如下几种方案（如图31）图31 方案一：AA分型面的选择，使型芯在动
20、模一侧，考虑到塑件本身的结构侧孔在下 方，侧抽芯装置也在动模一侧，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模一侧。这样 的结构有利于塑件的脱模，因为推出机构通常设置在动模一侧。也有利于塑件中侧孔的 成型，也为侧抽机构在动模具一侧使模具结构得到了一定的简化。把塑件上4个侧耳台 阶的成型放在了型腔上，使侧耳台阶的相对位置精度得到了保证。成型时产生的飞边在 塑件的径向边缘处，由于塑件属于工业用，产生的飞边不会影响塑件的使用。由于属于 小型塑件，型腔较小，空气量很少，可借助分型面的缝隙排气。 方案二：BB 分型面的选择，使型芯在定模，考虑到塑件本身的结构侧孔此时在上 方，侧抽芯装置便在定模一侧，塑件冷却收
21、缩后包紧型芯，此时塑件便留在了定模。这 是我们不希望看到的，因为此种情况的出现增加了塑件的脱模难度，使我们不得不考虑 辅助脱模机构。侧抽芯装置在定模一侧使模具的结构在一定程度上变的更加复杂。 方案三：CC分型面的选择和 AA的类似，只是把4个侧耳台阶的一部分放在了动 模一次来成型，此种情况侧耳台阶的 45倒角和侧耳台阶不在同侧，不利于侧耳台阶的 成型。 方案四：DD分型面的选择和BB、CC的类似。 综上所述：通过对上面四种方案的比较，AA分型面的选择符合分型面选择的各项 基本要求，模具结构得到了简化，有利于模具的制造，减少了模具的制造成本，提高了 经济性。最终选定方案一所表示的AA面作为塑件的
22、分型面。 分型面是为了将塑件浇注系统凝料等从密闭的模具内取出，以及为了安放嵌件，将 模具适当地分成两个或若干个主要部分， 这些可以分离部分的接触表面， 通称为分型面。 分型面位于模具动模和定模的结合处，在塑件最大外形处。3.1.1 考虑塑件质量 对于有轴度要求的塑件要使其全部动模或定模中成型，防止由于模具合模不准确造 成塑件尺寸的误差。对于外观无严格要求的塑件，可将分型面选在塑件中部，这样可以 用较小的脱模斜度有利于脱模。 3.1.2 确保塑件表面质量 分型面尽可能选择在不影响外观的部位以及分型面处产生的飞边容易加工修整部 位。 3.1.3 考虑模具结构 （1） 尽量简化脱模部件。为便于塑件脱
23、模，应使塑件在开模时尽可能留于动模部 分。 （2） 尽量方便浇注系统布置。 （3） 便于排溢。为了有利于气体的排出，分型面尽可能与料流的末端重合。 （4） 模具总体结构简化，尽量减少分型面的数目，尽量采用平直分型面。 综合以上考虑，可选择分型面结构如下图31： 图 31 单分型面注射模的分型面 3.2型腔数的确定 注射模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔， 每一次注射生产多个塑件。每一副模具中，型腔数目的多少与下列条件有关系。 （1） 塑件尺寸精度型腔数目越多时，精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差，也由于熔 体在模具内的流动不均所致。按照SJ13727
24、8 标准中规定的1、2级超精密级塑件，只 能一模一腔，当尺寸数目少（形状简单）可以是一模二腔。3、4级的精密级的精密塑料 件，最多是一模四腔。 （2） 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但非简单的倍数比。四腔模并非单腔模的四倍。因 此，从塑件成本中所占模费比例来看，多腔模比单腔模要低。 （3） 注塑成型的生产效益 多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高，但是多腔模所使用的注射机大，每一注 射循环期长而维修费用高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 （4） 制造难度 多腔模的制造难度比单腔模大。当其中一腔先损坏（或磨损超差）时，应立即停 机维修，影响生产。 综合以上几个方面综合考虑，我
25、的设计采用一模两腔结构形式。就精度而言，我的 塑件属于四级精度，它可以使用一模四腔；但从模具制造成本以及模具成型的生产效益 来看，他比单型腔模具降低了生产成本提高了生产效率；而且塑件的注射量比较小；但 从制造难度来讲，这套模具的型腔十分复杂已经很难加工，必须采用较多的镶块才能实 现，如果型腔过多，就会影响各个镶块之间的装配关系，造成塑件成型困难，尺寸精度 以及表面粗糙度难以保证。而一模两腔恰好解决了这一问题，不仅使得模具有了较好的 精度，而且便于加工，便于注塑，适应了现代化大规模高效率生产高精密零件的要求。 根据本设计任务书的要求，采用双型腔模具成型。 3.3凹模结构设计 凹模是成型塑件外形的
26、主部件，其结构随塑件的形状和模具的加工方法而变化。 整体方式强度好，刚度好，结构简单。本设计采用完全整体式模块，它是由金属直 接加工而成的，这种形式的凹模结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量较好， 适用于形状简单的塑件。其结构如图32：图32 完全整体式凹模 3.3.1 凹模型腔的大小尺寸为 m cp s s s x Q d d D D D - + = 0 )( 腔 8 （35） 式中 腔 D 型腔内形尺寸（m） s d 塑件的外形基本尺寸（m） s D 塑件公差 cp Q 塑件平均收缩率（%） X 综合修正系数（考虑塑件的收缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。 本设计中取X=
27、2 1 。 m D =1/4 s D s D 本设计中零件为（17067） 横向0.92 纵向 0.52 所以有：横向 腔 D = 23 . 0 0 )92 . 0 2 1 % 1 170 170 ( + - + = mm 23 . 00 24 . 171 + 纵向 腔 D = 13 . 0 0 )52 . 0 2 1 % 1 67 67 ( + - + = mm 13 . 00 41 . 67 +3.3.2 型腔的深度尺寸 m cp s s s x Q h h H D D - + = 0 )( 腔 （36） 式中 腔 D 型腔内形尺寸（m） s h 塑件的高度基本尺寸（m） s D 塑件公差
28、。查表 s D =0.24 cp Q 塑件平均收缩率（%） 取1.0 X 综合修正系数（考虑塑件的收缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。 本设计中取X= 2 1 。 m D 模具成型尺寸设计公差。取 m=1/4 s D =0.06 所以， 腔 H = 24 . 0 0 )06 . 0 2 1 % 1 17 17 ( + - + = 24 . 00 14 . 17 + 3.4凸模结构尺寸 凸模是成型塑件的成型零件，对于简单的容器，如壳、盖之类的塑件，成型起主要 部分内表面的零件称为主型芯，按结构主型芯可分为整体式和组合式两种。整体式结构 型芯其结构牢固，但不便加工，消耗的模具钢多，主要用于
29、工艺试验或小型模具上的简 单型芯。 为了便于加工，形状复杂型芯往往采用镶拼组合式结构，这种结构是将型芯单独加 工后，再镶入模板中。 本设计为简单塑件，并且为双型腔，故选用整体式凸模，其结构如图33 9图33 整体式凸模 3.4.1 凸模/型芯的外形尺寸 0 ) ( m s sp s s x Q D D d D - D + + = 凸 （37） 式中 凸 d 凸模/型芯外形尺寸（m） s D 塑件内形基本尺寸（m） cp Q 塑件平均收缩率（%） x 综合修正系数（考虑塑件的收缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。 本设计中取X= 2 1 。 m D =1/4 s D s D 本设计中零件横
30、向0.92 纵向0.52。 所以 横向 0 23 . 0 ) 92 . 0 2 1 % 0 . 1 165 165 ( - + + = 凸 d = 0 23 . 0 167 - mm 纵向 0 13 . 0 ) 52 . 0 2 1 % 0 . 1 62 62 ( - + + = 凸 d = 0 13 . 0 62.88 - mm 3.4.2 凸模/型芯的高度尺寸 0 ) ( m s sp s s x Q H H h D - D + + = 凸 （38） 式中 凸 h 凸模/型芯的高度尺寸（m） s H 塑件内形深度基本尺寸（m） cp Q 塑件平均收缩率（%） x 综合修正系数（考虑塑件的收
31、缩率的偏差和波动、成型零件的磨损等因素）。 本设计中取x= 2 1 。m D 模具成型尺寸设计公差。 m D = 4 1 s D s D 塑件公差，查表得 s D =0.24 所以 0 06 . 0 ) 24 . 0 2 1 % 0 . 1 17 17 ( - + + = 凸 h = mm 0 0.06 17.137 3.5型腔壁厚的计算 3.5.1 型腔的强度及刚度要求 塑件模具的型腔侧壁和底壁厚度的计算是模具设计中经常遇到的问题，尤其对大型 模具更为突出。目前许多单位都是凭经验决定的，但常因估计不准确而造成模具报废和 浪费材料，为此建立科学的计算方法是实属必要的。目前常用的计算方法有按刚度
32、和强 度两大类，但是实际的塑料模具却要求既并不允许因刚度不足而影响变形，甚至破坏， 也不允许因刚度不足而发生过大变形。因此，要求刚度和强度加以合理考虑。 在注塑成型过程中，型腔所受的力有塑件熔体的压力，合模时的压力，开模时的拉 力等，其中最主要的是熔体的压力，在塑料熔体压力作用下，型腔将产生有应力及变形。 如果型腔侧壁和壁厚不够，当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时，型腔即发生 强度破坏。与此同时，刚度不足侧壁发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺 寸及强度的要求并非同时兼顾。对于大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，应按强度计算。 强度计算的条件是满足各种受力状态下的许用应力。刚度计算的
33、条件则因模具性，从几 个方面考虑 10 ： 1. 要防止益料 模具型腔的某些配合面当高压塑料熔体注入时，会产生足以益料的间隙。对于PVC 而言，间隙为0.05m. 2. 应保证塑件精度 塑件均有尺寸要求，这就要求模具塑腔具有良好的刚性，即塑件注入时不产生过大 的弹性变形。最大的弹性变形值可取塑件的允许公差的 1/5。常见中小塑件公差为 0.13mm0.25mm。因此允许弹性变形量为0.025m0.05m，可按塑件大小和精度等 级选取。3. 应利于脱模 当变形量大于塑件冷却收缩时，塑件的周边将被型腔紧紧的包住而难以脱模，强制 顶住易使塑件划伤或损坏，因此型腔允许弹性变形量小于塑件的收缩值。型芯的
34、强度、 刚度相当于杆类零件的校核计算。 3.5.2 型腔壁厚计算 在注射成型过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用。因此模具型腔应该有足够的高 度。型腔强度不足，将发生塑性变形，甚至破裂，刚度不足将产生过大的弹性形变，导 致型腔的向外膨胀，并产生溢流间隙。 型腔厚度的计算 本塑件中的型腔为矩型壳类形状，其厚度算法可用矩形型腔厚度公式计算。 1. 型腔侧壁厚度计算 刚度条件 3 1 4 = p M E h cp S d （39） 式中 S型腔侧壁厚度（m） C系数。查表得C=1.0 h型腔侧壁受压高度（mm）。h=17mm M p 型腔压力（MPa），查表得，对于塑料PVC 为100MPa。 E模具
35、材料弹性模量（MPa） p d 任一自由边中点的允许变形量，查表得，对于材料PVC 取0.05（m） 所以 3 1 5 4 05 . 0 10 1 . 2 100 17 1 = S =28.2mm 强度条件 2 1 ) 1 ( 3 + = s f w Pa S （310） 式中 a 型腔侧壁受压高度（m） a =17m P 型腔压力（MPa）查表得，对于塑件PVC 为100MPa w 系数，查表得0.13f 短边与长边比。 f = 170 67 s 许用应力（MPa），对于碳钢 s =160（MPa） 2 1 ) 160 ) 39 . 0 13 . 0 1 ( 100 3( 17 + = S
36、=23.9mm 所以S取29mm。 2. 型腔底壁厚度计算 按强度计算： p M h p a b t s = （31） 式中 h t 底壁厚度（m） b凹模型腔的内孔（矩形）短边尺寸（m） b=67mm a 系数且由 l/b=170/67=2.53 查表得 a =0.5 M p 模腔压力 （MPa） 且 M p = （25%50%） 注 P =2050MP 取40 MPa。 p s 材料许用应力（MPa） p s =160 则 160 40 5 . 0 67 = h t =23.7mm 按刚度计算 3 4 p M h E h p c t d = （312） 式中 c 系数且由 l/b=170/
37、67=2.53 查表得 c =0.0277 M p 模腔压力（MPa）且 M p =（25%50%） 注 P =2050MPa 取40 MPa。 E 材料的弹性模量（MPa） E =2.1105 MPa p d 成型零部件的许用变形量。 且 p d = s D 5 1 =0.20.24=0.0483 5 4 048 . 0 10 1 . 2 17 40 027 . 0 = h t =2.1mm 所以 h t 取24m。第 4章 浇注系统的设计 4.1浇注系统的组成及设计原则 4.1.1 浇注系统的组成 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道，其由主流道、 分流道、浇口及冷料
38、穴组成。 4.1.2 浇注系统的设计原则 1.了解塑料的成型工艺特性 掌握塑料的流动性以及温度、剪切速度对精度的影响，以设计出合适的浇注系统。 2.尽量避免或减少熔接痕 熔体流动时应尽量减少分流的次数，有分流必然有汇合，熔体汇合之处必然会产生 熔接痕尤其流程长，温度低时，这对塑料强度的影响较大。 3.有利于型腔中气体的排出 浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个部分，使浇注系统及型腔中原有 的气体能有序地排出，避免充填过程中产生紊流或湍流，也避免固气体体积积存而引起 凹陷，气泡、烧焦等塑件的成型缺陷。 4.防止型芯的变形和嵌件的位移 浇注系统设计时应尽量避免塑件熔体直接冲击细小型芯和嵌件
39、，以防止熔体的冲击 力使细小型芯变形或嵌件位移。 5.尽量采用较短的流程充满型腔 这样可有效减少各种质量缺陷。 6.流动距离比的校核 对于大型或薄壁塑料制作，塑料熔体可有可能因其流动距离过大过流动阻力太大而 无法充满整个型腔。 4.2主流道的设计 4.2.1 主流道分析 主流道是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和冲模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降低和压力损失最小。主流道截面面积过 小，塑料在流动过程冷却面积相对增加，热量损失大，粘度增加，流动性降低成型压力 损失大。造成成型困难，如主流道截面面积过大，会使流道容积加大，塑料耗量增多， 而且会使塑料流动过程中
40、压力减弱，冷却时间延长，容易产生紊流或涡流，使塑件产生 气孔，影响塑件质量。一般对于流动性好，塑件较小，主流道要设计得小些，对于流动 性差，塑件较大，主流道要设计得大些。 本设计所设计的是电视遥控器模具，产品原材料为PVC，其流动性中等，综合考虑 各因素，应将主流道设计的小些。 4.2.2 主流道的结构设计 1.对于所选的卧式注塑机。 熔融塑料首先经过主流道，故它的大小直接影响塑料的流速及填充时间。主流道的 断面设计为圆形，这样在有限的空间内增大了截面积。 2.主流道锥角。 为了便于从主流到中拉出浇注系统的凝料及熔体膨胀，主流道设计成带锥度的圆 柱，其锥角24（取2），过大会使流速减慢。 3.
41、主流道大端面呈圆角。 主流道大端面呈圆角，其半径常取 r13（m），(取 2m)，以减少料流转向过 渡时的阻力。 4.半球直径。 为确保塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，主流道对接处设计成半球形坑。 2 D 1 D 1 d 415（m） = + = 2 1 2 d RR 17+1=18（m） 式中 2 D主浇道小端口直径（m） 1 D注塑机喷嘴孔直径（m） 1 d 喷嘴孔直径接触富裕量（m） 一般为0.51（m），取 1 d =1（m） 1 R注塑机喷嘴球半径（m）， 1 R=17（m）2 R主流道对接处半径（m） 2 d 喷嘴球半径接触富裕量（m） 一般为12（m），取 2 d =1（m）
42、其结构如图41： 图41 卧式或立式注射机用注射模的主流道设计 4.2.3 主流道浇口套设计 由于流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以模具的主流道部分通常设计成可拆 卸跟换的主流道衬套，简称浇注套或浇口套，以便选用优质钢材（如 T8A 等）单独加 工和热处理（硬度为 5357HRC），或用 45，50，55 等表面淬火（55HRC）。当主流 道穿过几块模板时，为防止溢料而使主流道凝料脱模困难，也应采用浇注套，其主要作 用是： （1）使模具安装时进入定位孔方便而在注射机上很好的定位，与注射机喷嘴吻合， 并能经受塑料的反应力，不致被推出模具。 （2）作为浇注系统的主流道，将料筒内的塑料过渡到模具
43、内，保证料流有力畅通 地达到型腔，在注射过程中不应有塑料溢出，同时保证主流道凝料脱出方便 。 （3）当主流道穿过多块模板时，采用浇口套，可以防止因溢料而使主流道凝料脱 模困难。 本设计中采用整体嵌入式，即把用于注射机定模板上中心定位孔配合定位的台肩及 用于构成主流道的部分做成一体，适用于大批量的小型模具，如图422 1 图42 整体式浇注套 1定模座板 2浇注套 4.3分流道的设计 分流道是指主流道与浇口之间的这一段，它是熔融塑料由主流道流入型腔的过度 段，也是浇注系统中通过断面积变化和塑料转向的过渡段，能使塑料得到平稳的转换。 分流道设计时应使熔体较快地充满整个型腔，流动阻力小。流动中温降尽
44、可能低，同时 应能将塑料熔体均匀地分配到各个型腔。 4.3.1 分流道的形状和尺寸 分流道开设在动定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状应尽量使其表面积（流 表面积与其体积表面积之比）小。常用的分流道截面形式有圆形、梯形、U形、半圆形 及矩形等，梯形及U形截面分流道加工较容易。且热量损失与压力损失均不大，是常用 的形式。故在本设计中选用梯形截面的分流道，其截面如图43：图43 分流道的断面形状 梯形截面分流道的尺寸可按下面的经验公式确定 12 ： 4 2654 . 0 L m b = （41） b h 3 2 = 式中 b 梯形大底边宽度（m） m塑件的质量（g） L 分流道的长度（m） h
45、梯形的高度（m） 梯形的侧面斜度 常取 510，底部以圆角相连，上式的适用范围为塑件壁厚在 3.5mm 以下，塑件质量小于 200g，且计算结果应在 3.2m9.2mm 范围内合理，塑料 在流道中流动的距离较大，则流动的阻力越大，因此，应在满足具体条件下，尽量减少 分流道长度， 根据凸凹模结构尺寸及浇口套的各结构尺寸， 确定分流道长度为16mm （两 个分流道对称分布）。 则 4 16 70 2654 . 0 = b =0.26548.36662 =4.44m b 在3.2m9.5mm范围内，故合理 h =2.96mm 4.3.2 分流道的分布设计 分流道的布局取决于型腔的布局，型腔与分流道的
46、布局原则是排列紧凑，缩小模具 尺寸，分流道的长度尽量短，锁模力力求平衡。此次设计的模具为双型腔，而且型腔为 对称分布，所以分流道也采取平衡布置。 4.4浇口的设计 浇口又称进料口或内流道，它是分流道与塑料之间的狭窄部分，也是浇注系统中最 小的部分。它能使分流道输送来的熔融塑料的流速产生加速度，形成理想的流态，顺序、 迅速的充满型腔，同时还起着封闭型腔防止熔料倒流的作用，并在成型后便于使浇口与 塑件分离。 4.4.1 浇口位置的选取原则 （1）浇口位置的选择应避免产生喷射和蠕动（蛇形流）。 （2）浇口应开设在塑件断面最厚处。 （3）浇口位置的选择应使塑料的流程最短，料流变向最少，以减少动能损失，
47、良好填充。 （4）浇口位置的选择应有利于型腔内气体的排出。 （5）浇口位置的选择应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度。 （6）浇口位置的选择应防止料流将将型腔、型芯等挤压变形 根据以上原则，本设计中的塑件浇口应选在塑件边缘处。 4.4.2 浇口形式的设计 本设计采用普通侧浇口。普通侧浇口又称为边缘浇口，一般开设在分型面上，从塑 件侧面进料。它能方便地调整冲模时的剪切速率和浇口封闭时间，因而国外称之为标准 浇口。它是广泛使用的一种浇口形式。一般取宽 1.55mm，厚 0.52.0m，长 0.7 2m。侧浇口适用于一模多件，能大大提高生产率，减少浇注系统消耗而且去除浇口方 便。本设计浇口尺寸为宽
48、3m，厚2m，长1.5mm，其结构如图44： A A A A 图 44 普通侧浇口 4.5冷料穴的设计 4.5.1 冷料穴的结构 冷料穴是用来储藏注射间隔期间产生的冷料头的，防止冷料进入型腔而影响塑件质 量，并使熔料能顺利地充满型腔。冷料穴又叫冷料井。 冷料穴处于主流道末端，其尺寸稍大于主流道大端的直径。 4.5.2 拉料方式 将拉料杆头部做成Z形，这种拉料杆杆除了起到拉住和顶出主流道凝料的作用外， 还兼有冷料穴的作用。冷料穴的结构如图45：图45 拉料杆第 5章 排溢系统设计 排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。被压缩的气体产生高温， 引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低， 甚至阻碍塑料填充等。 为了使这些气体从型腔中及时排出， 可以采用开设排气槽等办法。 有时排气槽还能溢出少量料流前锋的冷料，有利于提高塑件熔接强度。 13 本设计中将排气槽开在分型面上，这样可以使排气槽产生的飞边很容易随塑件脱 出，其结构如图 51： 5 4 3 2 1 1分流道 2浇口 3排气槽 4导向沟 5分型面 图51 排溢系统第 6
