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小型日用塑料箱注射模具設計說明書
編號：
任務書
題 目： 小型日用塑料箱注射模具設計
學 院：
專 業(yè)：
學生姓名：
學 號：
指導教師單位：
姓 名：
職 稱：
題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā)
摘 要
本說明書為塑料注射模具設計說明書，是根據(jù)塑料模具手冊上的設計過程及相關工藝編寫的。編寫本說明書時，力求符合設計步驟，詳細說明了塑料注射模具設計方法，以及各種參數(shù)的具體計算方法，如塑件的成型工藝、塑料脫模機構的設計。
本次畢業(yè)設計是為了讓我們能綜合運用機械制造工藝學中的基本理論，并結合生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，獨立的分析和解決工藝問題，具備設計一個中等復雜程度零件的工藝規(guī)程的能力和注塑模設計的基本原理和法，也能熟悉和運用有關手冊、圖表等技術資料及編寫技術文件等基本技能的一次實踐。該課題從產(chǎn)品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核、都有詳細的設計。通過整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝。也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對日用塑料箱的具體結構，該模具是側(cè)澆口的單分型面注射模具。通過模具設計表明該模具能達到塑件的質(zhì)量和加工工藝要求。
關鍵詞：注塑模；型芯；型腔；斜滑塊；側(cè)型芯
Abstract
This manual for plastic injection mold design manual, it is according to the design process of plastic mold manual and related technology. When writing this manual, and strive to comply with the design steps, detail the plastic injection mould design method, and the calculation method of various parameters, such as the molding process of plastic parts, plastic demoulding mechanism design.
This graduation design is to let we can comprehensive use of mechanical manufacturing technology of the basic theory, and combining with production practice middle school to knowledge, the practice of independent analysis and solve the problem of process, have to design a moderate complexities of parts in the process planning of the ability and the basic principle and method in injection molding design, can also be familiar with and use the relevant manuals, charts and other technical data and write technical documents of basic skills, such as a practice. The subject from product structure technology, specific mould structure, to mold the gating system, molding part of the structure and ejector system, cooling system, the selection of injection molding machine and related parameters of checking, there are the detailed design. Through the entire design process shows that the mould can achieve the required by the plastic processing technology. Is also design a pair of injection mold to produce, in order to realize automation to increase production. According to the specific structure of household plastic box, the mould is the side gate single parting surface of injection mould. Through the mould design shows that the mould can meet the requirements of the quality of plastic parts and processing technology.
Key words: Injection mold; core; cavity; oblique slider; side-type heart
目 錄
摘要 Ⅰ
第1章 選擇與分析塑料原料 3
1.1 選擇制件材料 3
1.2 分析制件材料使用性能 3
1.3 分析材料工藝性能 3
1.4 確定塑料成型方式及工藝過程 4
第2章 分析塑件結構工藝性 7
2.1 塑件分析 7
2.2 塑件尺寸精度分析 8
2.3 塑件表面質(zhì)量分析 8
2.4 塑件的結構工藝性分析 8
第3章 確定塑件成型工藝參數(shù) 9
3.1 溫度 9
3.2 壓力 9
3.3 時間（成型周期） 9
第4章 初步選擇注射成型設備 10
4.1 依據(jù)最大注射量初選設備 10
4.1.1計算塑件的體積 10
4.1.2計算塑件的質(zhì)量 10
4.1.3計算每次注射進入模具塑料總體積（總質(zhì)量） 10
4.2 依據(jù)最大鎖模力初選設備 11
第5章 分型面的確定與澆注系統(tǒng)的設計 13
5.1 確定型腔數(shù)目及布置 13
5.2 選擇分型面 13
5.3 澆注系統(tǒng)的設計 14
5.4 設計排氣和引氣系統(tǒng)設計 17
第6章 注射模成型零部件的設計 18
6.1 成型零部件結構設計 18
6.2 凹模的設計 18
6.3 凸模的設計 19
6.4 成型零部件工作尺寸的計算 19
第7章 注射模具結構類型及模架的選用 22
7.1 確定模架組合形式 22
7.2 模具安裝校核 22
第8章 設計注射模具調(diào)溫系統(tǒng) 23
8.1 冷卻水體積流量 23
8.2 溫度對塑件質(zhì)量的影響 24
8.3 冷卻系統(tǒng)結構 24
第9章 設計注射模推出機構 26
9.1 推桿橫截面直徑的確定 26
9.2 推桿的形式 26
第10章 設計注射模側(cè)向分型抽芯機構 28
10.1 斜導柱抽芯機構設計原則 28
10.2 抽芯機構的確定 28
10.3 抽芯距S 28
10.4 斜導柱傾斜角α的確定 28
10.5 滑塊的設計 30
10.6 導滑槽的設計 31
10.7 鎖緊塊 31
第11章 總結 33
致謝 34
參考文獻 35
III
前言
模具是利用其特定形狀去成型具有一定型狀和尺寸的制品的工具，按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般將模具分為塑料模具，金屬沖壓模具，金屬壓鑄模具，橡膠模具，玻璃模具等。因人們?nèi)粘Ｉ钏玫闹破泛透鞣N機械零件，在成型中多數(shù)是通過模具來制成品，所以模具制造業(yè)已成為一個大行業(yè)。在高分子材料加工領域中,用于塑料制品成形的模具,稱為塑料成形模具,簡稱塑料模.塑料模優(yōu)化設計,是當代高分子材料加工領域中的重大課題。塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和日常生活等方面獲得廣泛應用。為了生產(chǎn)這些塑料制品必須設計相應的塑料模具。在塑料材料、制品設計及加工工藝確定以后，塑料模具設計對制品質(zhì)量與產(chǎn)量，就決定性的影響。首先，模腔形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進澆與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等，均對制品（或型材）尺寸精度形狀精度以及塑件的物理性能、內(nèi)應力大小、表觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量等，起著十分重要的影響。其次，在塑件加工過程中，塑料模結構的合理性，對操作的難易程度，具有重要的影響。再次，塑料模對塑件成本也有相當大的影響，除簡易模外，一般來說制模費用是十分昂貴的，大型塑料模更是如此。
塑料摸是塑料制品生產(chǎn)的基礎之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當塑料制品及其成形設備被確定后，塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占 80%。由此可知，推動模具技術的進步應是不容緩的策略。尤其大型塑料模的設計與制造水平，?？脴酥疽粋€國家工業(yè)化的發(fā)展程度。本課題研究的是塑料注射模具的設計。
本設計的研究目的是檢驗理論知識掌握情況，將理論與實踐結合。進一步掌握進行模具設計的方法、過程，為將來走向工作崗位進行科技開發(fā)工作和撰寫科研論文打下基礎。培養(yǎng)自己的動手能力、創(chuàng)新能力、計算機運用能力。研究意義是對于模具的設計可以從選材到設計到成型有一個完整的了解和初步的掌握。以及進一步的熟練掌握 AuToCAD、UG 相關設計軟件。鍛煉自己的獨立思考能力和創(chuàng)造能力，為更好更快的適應工作作準備
塑料件的模具設計結構設計，應充分考慮實際生產(chǎn)的具體要求。特別是小型塑件的模具設計，受位置的限制，抽芯機構的選擇十分有限，這就產(chǎn)生了抽芯機構的設計與模具尺寸相互制約的問題，澆口位置的選擇也會直接影響塑件的表面質(zhì)量.
在本設計編寫的過程中，遇到了很多問題，通過與同學的交流和制導老師的耐心講解，都已得到解決，在此特別感謝
1 選擇與分析塑料原料
1.1 選擇制件材料
對多種塑料的性能與應用進行綜合比較，材料品種可選PP。
日用塑料箱注塑模為日常用品（二維如圖2-1、三維圖2-2），需大批量生產(chǎn)，通過查《塑料成型模具與設備》表2-3得；
無毒、無味，密度小，強度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的電性能和高頻絕緣性不受濕度影響,但低溫時變脆、不耐磨、易老化.適于制作一般機械零件,耐腐蝕零件和絕緣零件 。常見的酸、堿有機溶劑對它幾乎不起作用。
1.2 分析制件材料使用性能
通過相關知識的學習，對塑料的成型工藝性能有一定的了解。查參考資料《注塑模具設計使用教程》及相關塑料模具設計資料可得：
PP屬熱塑性結晶型塑料，密度為0.91g/cm ，密度小，強度、剛性、耐熱性均優(yōu)于HDPE，硬度比HDPE高，可在100攝氏度左右使用。具有優(yōu)良的耐腐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響等等。適用于制作一般機械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件等。
聚丙烯是熱塑性塑料，耐腐蝕性和聚乙烯相似，且較優(yōu)。除濃硝酸、發(fā)煙硫酸、氯磺酸等強氧化性酸外，能耐大多數(shù)的有機和無機酸、堿、鹽，也適于在室外大氣中暴露（加入2％炭黑的品種）。對應力腐蝕破裂的抗蝕性良好，但能被某些強有機溶劑破壞。
它比重小，強度高于聚乙烯，常溫下耐沖擊性能良好，0℃以下則變差。耐溫高性，在低于應力下可長期使用于110～120℃，因此，廣用于聚乙烯和聚氟乙烯不適用的較高溫度的環(huán)境。加工成型方法和一般熱塑性塑料相同，可制成管、槽、排煙道、實驗室設備等，也可作這熱噴或流化涂層！
1.3 分析材料工藝性能
我們將聚炳烯（PP）的性能特點歸類可得表1.1內(nèi)容：
表1.1 原材料聚炳烯（PP）分析
塑料品種
結構特點
使用溫度
化學穩(wěn)定性
性能特點
成型特點
聚炳烯（PP）是熱塑性塑料
線型結構結晶型材料。
可在-30℃～140℃使用
有一定的化學穩(wěn)定性和良好額介電性能
具有優(yōu)良得耐腐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響，但低溫變脆、不耐磨、易老化
結晶性料，吸濕性小，可能發(fā)生熔體破裂，長期與熱金屬接觸容易發(fā)生分解；流動性好溢邊值0.03左右；冷卻速度快；成型收縮率大；注意控制成型溫度，料溫低取向性明顯；塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以防止應力集中。
結論
優(yōu)點：聚丙烯樹脂具有優(yōu)良的機械性能和耐熱性能，使用溫度范圍-30℃～140℃。同時具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學穩(wěn)定性，幾乎不吸水，與絕大多數(shù)化學品接觸不發(fā)生作用。本品耐腐蝕，抗張強度30MPa，強度、剛性和透明性都比聚乙烯好。
缺點：是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過改性和添加抗氧劑予以克服。與發(fā)煙硫酸、發(fā)煙硝酸、鉻酸溶液、鹵素、苯、四氯化碳、氯仿等接觸有腐蝕作用?？捎米鞴こ趟芰?，適用于制電視機、收音機外殼、電器絕緣材料、防腐管道、板材、貯槽等，也用于生產(chǎn)扁絲、纖維、包裝薄膜等
日用塑料箱注塑模制件為日常用品，要求具有一定的強度和耐高溫性能，中等精度，外表面無瑕疵、美觀、性能可靠。采用PP材料，產(chǎn)品的使用性能基本能滿足要求，但在成型時，要注意選擇合理的成型工藝，對原料充分干燥、采用較高的溫度和壓力。
1.4 確定塑料成型方式及工藝過程
1.4.1 塑件成型方式的選擇
塑料成型的種類很多，包括各種模塑成型、層壓成型和壓延成型等。其中模塑成型種類較多，如注射成型、擠出成型、壓縮模塑、傳遞模塑等，約占全部塑料制品加工量的90%以上。
1.4.2成型工藝規(guī)程
一個完整的注射成型工藝過程包括成型前準備、注射過程及塑件的后處理三個過程。
成型前的準備
（1）對PP原料進行外觀檢驗：對PP原料進行含水量、外觀色澤、顆粒情況、有無雜質(zhì)并測試其熱穩(wěn)定性、流動性和收縮率等指標。
（2）PP著色：粉狀或粒狀熱塑料的著色，可以用直接法和間接法兩種工藝實現(xiàn)。直接法著色也稱為一步法著色或干法著色，其主要特點是將細分狀著色劑與本色塑料簡單摻混后即可直接用于成型，或經(jīng)塑煉造粒后再用于成型。間接著色法又稱二步著色法或色母料著色法，主要特點是在不直接用著色劑而用稱為“母色料”的塑料粒子與本色塑料粒子按比例稱量后放入混合機，經(jīng)充分攪拌混合后送往成型設備使用。在大批量生產(chǎn)中間接著色比較方便實用。
（3）預熱干燥：PP的吸水性比較強，在生產(chǎn)前必須干燥處理。實際生產(chǎn)中使用紅外線燈烘箱干燥處理。
1.4.3 注射過程
完整的注射成型過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等步驟。但就塑料在注射成型中的實質(zhì)變化而言，是塑料的塑化和熔體充滿型腔與冷卻定型兩大過程。
(1) 塑料的塑化
(2) 熔體充滿型腔與冷卻定型
1.4.4塑件后處理
塑件脫模后常需要進行適當?shù)暮筇幚恚员愀纳坪吞岣咚芗男阅芎统叽绶€(wěn)定性。塑件的后處理主要指退火或調(diào)濕處理。
退火處理是使塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間。利用退火時的熱量，能加速塑料中大分子松弛，從而消除或降低塑件成型后的殘余應力。對于結晶型塑件，利用退火能對他們的結晶度大小進行調(diào)整，或加速二次結晶和后結晶的過程。此外，退火還可以對塑件進行解取向，并降低塑件硬度和提高韌性。生產(chǎn)中的退火溫度一般都在塑件的使用溫度以上高于使用溫度(10～20℃)至熱變形溫度以下低于熱變形溫度(10～20℃之間)的溫度區(qū)間進行選擇和控制。退火時間與塑件品種和塑件厚度有關，如無數(shù)據(jù)資料，也可按每毫米厚度約需半小時的原則估算。退火后應使塑件緩冷至室溫。
有些塑件在高溫下雨空氣接觸會氧化變色或容易吸收水分而膨脹，此時需進行調(diào)濕處理，即將剛脫模的塑件放在熱水中處理，這樣既可隔絕空氣，進行無氧化退火，又可使塑件快速達到吸濕平衡狀態(tài)，使塑件尺寸穩(wěn)定下來，以免塑件尺寸在使用過程中發(fā)生更大的變化。
應當指出，并非所有塑件都有塑件都要進行后處理。通常，只是對于帶有金屬嵌件、使用溫度范圍變化較大、尺寸精度要求較高和壁厚大的塑件才有必要。
2 分析塑件結構工藝性
2.1 塑件分析
圖2.1塑件工程圖
圖2.2塑件三維圖
2.2 塑件尺寸精度分析
該塑件尺寸精度無特殊要求，所有尺寸均為自由尺寸，查參考資料《GBT14486-1993-工程塑料模塑塑料件尺寸公差》可知聚丙烯(PP)塑料公差等為MT5。
2.3 塑件表面質(zhì)量分析
塑件的表面粗糙度表查書《塑料模具設計實用教程》中的表3-4 可知，
PP 注射成型時，表面粗糙度的范圍在a R 0.025~1.6mm之間。
2.4 塑件的結構工藝性分析
1） 該塑件的外形為方體。壁厚均勻，且符合最小壁厚要求。
2） 塑件結構簡單，采用左右抽芯機構成型較簡單，屬于簡單零件。
3） 該塑件帶有較大拔模斜度，可以保證正常脫模。
4） 該塑件較為簡單 ，成型部件采用整體式。
3 確定塑件成型工藝參數(shù)
注射成型工藝條件的選擇可查參考資料《實用模具設計與制造手冊》
?采用螺桿式塑料注射機，螺桿轉(zhuǎn)速為2~40 r/min。材料預干燥6h以上。
3.1 溫度
料筒前端：180~200℃
3.2 壓力
注射壓力120MPa
3.3 時間（成型周期）
注射時間：1~5s；
方法：紅外線烘箱溫度：100~110℃時間：8~12h。
?
4 初步選擇注射成型設備
初選注射機規(guī)格通常依據(jù)注射機允許的最大注射量、鎖模力及塑件外觀尺寸等因素確定。習慣上依據(jù)其中一個設計依據(jù)，其余都作為校核依據(jù)(在后續(xù)章節(jié)中完成)。
4.1 依據(jù)最大注射量初選設備
通常保證制品所需注射量小于或等于注射機允許的最大注射量的的80％，否則就會造成制品的形狀不完整、內(nèi)部組織疏松或制品強度下降等缺陷；而過小，注射機利用率偏低，浪費電能，而且塑料長時間處于高溫狀態(tài)可導致塑料分解和變質(zhì)，因此，應注意注射機能處理的最小注射量，最小注射量通常應大于額定注射量的20％。
4.1.1 計算塑件的體積和分型面上的投影面積
單側(cè)投影面積為：A= 70279.82mm3
體積 ：V=735.0 cm3
4.1.2 計算塑件的質(zhì)量
計算塑件的質(zhì)量是為了選擇注射機及確定模具型腔數(shù)。查參考《塑料成型模具與設備》附錄得塑料密度0.9g/cm，所以，塑件的質(zhì)量為：
661.5g
次需要注射量(含凝料的質(zhì)量，初步估算為10g)，產(chǎn)品為一出一，所以注塑量為670g。
4.1.3 計算每次注射進入模具塑料總體積（總質(zhì)量）
由此考慮塑件大批量生產(chǎn)，以及以上的從溫度、壓力、時間、模具高度等方面考慮，查表附錄
D（塑料成型工藝與模具設計）初步選用注射機XS-ZY-1000。
注射機XS-ZY-1000參數(shù)：
額定注射量：1000mm
最大成型面積：1800cm
柱塞直徑：85mm
注射壓力：121Mpa
模板尺寸：900×1000（mm×mm）
柱桿空間：650×550(mm×mm)
鎖模力：4500KN
噴嘴圓弧半徑：20mm
噴嘴孔徑：4mm
最大開模行程：700mm
模具最大厚度：700mm
模具最少厚度：300mm
4.2 依據(jù)最大鎖模力初選設備
當熔體充滿模腔時，注射壓力在模腔內(nèi)所產(chǎn)生的作用力會使模具沿分型面張開，為此，注射機的鎖模力必須要大于模腔內(nèi)熔體對動模的作用力，以免產(chǎn)生溢
模和漲?，F(xiàn)象。
高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生使模具沿分形面分開的脹模力，此力的大小等于塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影等于型腔壓力的成積。脹模力必須小于注塑機額定鎖模力。
型腔壓力Pc可按下式粗略計算：
Pc=kP（MPa）
式中： Pc為型腔壓力，MPa；
P為注射壓力，MPa；
K為壓力損耗系數(shù)，通常在0.25～0.5范圍內(nèi)選取。
所以 ， Pc=KP=0.37×120=45MPa，型腔壓力決定后，可按下式校核注塑機的額定鎖模力：
T>KPcA
式中： T為注塑機的額定鎖模力，KN；
A為塑件和流道系統(tǒng)在分形面上的投影面積，mm2；
K為安全系數(shù)，通常取1.1～1.2；
KpcA=1.2×45×70279.82=3162.55N
所以T=43162.55KN >KPcA成立，即該注塑機的鎖模力符合要求。
5 分型面的確定和澆注系統(tǒng)的設計
5.1 確定型腔數(shù)目及布置
以機床的注射能力為基礎，每次注射量不超過注射機最大注射量的80%計算：
=1.19
式中： N----型腔數(shù)
S----注射機的注射量（g）
W澆----澆注系統(tǒng)的重量（g）
W件----塑件重量（g）
因為，N=1.19>1
所以，此模具型腔為一模1腔結構合理。
5.2 選擇分型面
該塑料外形要求美觀，無斑點和熔接痕，表面質(zhì)量要求較高。在選擇分型面時，根據(jù)分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質(zhì)量以及成型后能順利取出塑件，選擇分型面的最合適方案：
即選塑件下部最大成型平面作為分型面，如圖下圖所示，采用這種方案，合模導向機構設在定模部分，塑料件的左邊和右邊分別做抽芯機構，模具結構也較為簡單。塑件的分型線和毛邊也不會出在表面。所以，選塑件塑件截面尺寸最大的部位作為分型面較為合適。如下圖所示為分型面。
分型面的選擇
5.3 澆注系統(tǒng)的設計
5.3.1 主流道設計
主流道形狀和尺寸直接影響熔體的流動速度和沖模時間。由于主流道要與高溫塑料和噴嘴反復接觸和碰撞，容易損壞，所以，一般不將主流道直接開在模板上，而是將它單獨設在一個主流道襯套中。這樣，既可以使易損壞的主流道部分單獨選用優(yōu)質(zhì)鋼材，延長模具使用壽命和損壞后便于更換或修模，也可以避免在模板上直接開主流道且需穿過多個模板，并接縫處產(chǎn)生鉆料，主流道凝料無法拔出。
設計主流道時，應使主流道軸線位于模具中心線上，于注射機噴嘴軸線重合， 型腔也以此軸線為中心對稱布置。
為了便于凝料從主流道中拔出，主流道設計成圓錐形。其錐角a=2°～4°， 對于流動性差的塑料a取3°～6°，內(nèi)壁表面粗糙度值R小于0.63～1.25微米。由于產(chǎn)品和模具的結構決定了主流道形式，本設計采用的是大水口模架，采用直接進膠。本設計中，采標準澆口套，所以澆口套的詳細的形式和尺寸如下圖。
主流到的設計
5.3.2 澆口設計
（1）進料位置的確定
澆口位置對塑件質(zhì)量有直接影響，主要按塑件形狀和要求來確定。在確定澆口的具體位置時，通常應考慮以下幾方面原則：
1) 應避免料流產(chǎn)生噴射和蠕動等熔體破裂現(xiàn)象。
2) 使塑料流動能量損失最小，那么應使填充型腔各部分的流程最短料流變向最少。
3) 澆口位置應開設在塑件斷面最后處。
4) 有利于型腔排氣。
5) 有利于減少避免成型塑件熔接痕。
6) 考慮塑件的受力情況。
7) 有利于減少塑件翹曲變形、
8) 考慮塑件的外觀質(zhì)量。
9) 澆口的位置及大小要考慮對型芯或鑲件的影響。
10) 流動比校核。
5.3.3 澆口尺寸的確定
查參考資料《塑料成型模具與設備》表4-4 各類澆口的特征。
1）澆口形式的選擇
由于該塑件外觀質(zhì)量要求較高，澆口的位置和大小應以不影響塑件的外觀質(zhì)量為前提。同時，也應盡量使模具結構更簡單。根據(jù)對該塑件結構的分析及已確定的分型面的位置。
由于零件比較大，采用其他澆口塑料會沖不滿型腔，綜合對塑料成型性能、澆口和模具結構的分析比較，確定成型該塑件的模具采用直接澆口形式。
2）進料位置的確定
根據(jù)塑件外觀質(zhì)量的要求以及型腔的安放方式，進料位置設計在塑件底部。不影響塑件的外觀要求和性能。
3）澆口尺寸的確定
查表參考資料《實用模具設計與制造手冊》表6-158可知澆口尺寸要求。依次設計澆口如圖所示。
如圖所示直接澆口
5.4 設計排氣系統(tǒng)設計
從某種角度而言，注塑模也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔同時，必須置換出型腔內(nèi)空氣和從物料中逸出的揮發(fā)性氣體[7]。排氣系統(tǒng)的設計相當重要。
5.4.1 排氣不良的危害
① 增加熔體充模流動的阻力，是型腔充不滿；
② 在制品上呈現(xiàn)明顯可見的熔接縫，其力學性能降低；
③ 滯留氣體時塑件產(chǎn)生質(zhì)量缺陷；
④ 型腔內(nèi)氣體受到壓縮后產(chǎn)生瞬時局部高溫，使塑料熔體分解；
⑤ 由于排氣不良，降低了充模速度。
5.4.2 排氣系統(tǒng)的設計方法
① 利用分型面排氣是最好的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關；
② 對于大型模具，可以用鑲拼的成型零件的縫隙排氣；
③ 利用頂桿與孔的配合間隙排氣；
④ 利用球狀合金顆粒燒結塊滲導排氣；
⑤ 在熔合縫位置開設冷料穴
大多數(shù)情況下，可利用模具的分型面之間的間隙自然排氣，模具成型零件都是以鑲塊形式進行加工，裝配過程中自然產(chǎn)生間隙進行排氣。不需要刻意開設排氣槽排氣。
6 成型模成型零部件的設計
模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。
成型零部件在注射成型過程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其結構形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的表面質(zhì)量。
6.1 成型零部件結構設計
成型零部件結構設計主要應在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。
6.2 凹模的設計
凹模也稱為型腔，是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌入式、
鑲拼組合式和瓣合式四種類型。
本設計中采用整體式凹模，其特點是結構簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。
型腔3D圖
6.3凸模的設計
本設計中零件結構較為簡單，深度不大，但經(jīng)過對塑件實體的仔細觀察研究發(fā)現(xiàn)，塑件采用的是整體式型芯。這樣的型芯加工方便，便于模具的維護。
型芯3D圖
6.4 成型零部件工作尺寸的計算
工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主要包括：凹模、凸模的徑向尺寸（含長、寬尺寸）與高度尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設計時必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相應的成型零部件工作尺寸與精度。其中影響模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下幾個方面[7]：
1、成形收縮率：在實際工作中，成形收縮率的波動很大，從而引起塑件尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為
δs=(Smax-Smin)Ls （5.5）
式中： δs為塑件收縮波動而引起的塑件尺寸誤差（mm）；
Smax為塑料的最大收縮率（%）；
Smin為塑料的最小收縮率（%）；
Ls為塑件尺寸（mm）。
一般情況下，由收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內(nèi)。
2、模具成形零件的制造誤差：實踐證明，如果模具的成形零件的制造誤差在IT7～IT8級之間，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
3、零件的磨損：模具在使用過程中，由于種種原因會對型腔和型芯造成磨損，對于中小型塑件，模具的成形零件最大磨損應取塑件公差的1/6，而大型零件，應在1/6之下。
4、模具的配合間隙的誤差：模具的成形零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差不應該影響成形零件的尺寸精度和位置精度。
綜上所述，在模具型腔與型芯的設計中，應綜合考慮各種影響成形零件尺寸的因素，在設計時進行有效的補償。由于影響因素很不穩(wěn)定，補償值應在試模后進行逐步修訂。
通常凹模、凸模組成的模腔工作尺寸簡化后的計算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。其中平均收縮率法以平均概念進行計算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成形零件制造公差、磨損量都為平均值的計算，公式如以下[7]：
（1）凹模的內(nèi)形尺寸：
L=[L(1+k)-(3/4)Δ] （5.6）
式中： L為型腔內(nèi)形尺寸(mm)；
L為塑件外徑基本尺寸(mm),即塑件的實際外形尺寸；
K為塑料平均收縮率(%)，此處取0.3%；
Δs為塑件公差，查表知PP塑件精度等級取5級；塑件基本尺寸在3~6mm范圍內(nèi)取0.24mm;18~24mm范圍內(nèi)取0.24mm;80~100mm范圍內(nèi)取1.00mm;在100~120mm公差取1.14mm；在140~160mm公差取1.44mm;在200~225mm公差取1.92mm;在280~350mm公差取2.5mm;在315~355mm公差取2.8mm
所以型腔尺寸如下：
L1=[220×(1+0.003)-(3/4)×1.92]=219.22
L2=[320×(1+0.003)-(3/4)×2.5]=319.085
型腔深度的尺寸計算：
h=[h(1+k)-(2/3)Δ] （5.7）
式中： h凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內(nèi)形深度尺寸；
Δs 、K 含義如（1）式中。
H1=[20×(1+0.003)-(2/3)×0.24]=19.9
H2=[105×(1+0.003)-(2/3)×1.14]=104.555
2）凸模的外形尺寸計算：
L=[L(1+k)+(3/4) Δ] （5.8）
式中： L凸模/型芯外形尺寸(mm)；
L為塑件內(nèi)形基本尺寸(mm),即塑件的實際內(nèi)形尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中。
所以型芯的尺寸如下：
L1=[159.26×（1+0.003）+（3/4）×1.44]=160.82
L2=[289.95×（1+0.003）+（3/4）×2.5]=292.69
型芯的深度尺寸計算：
h=[h(1+k)+ (2/3)Δ] （5.9）
式中： h為凸模/型芯高度尺寸(mm)；
h為塑件內(nèi)形深度基本尺寸(mm),即塑件的實際內(nèi)形深度尺寸；
Δs 、k含義如（1）式中兩個型芯的高度分別為：
H1=[5×（1+0.003）+（2/3）×0.24]=5.175
H2=[95×（1+0.003）+（2/3）×1.00]=95.95
7 注射模具結構類型及模架的選用
7.1 確定模架組合形式
本模具采用的是《塑料模具設計指導》P104頁560×L中的P2型標準模架，所以其它板的尺寸如下[2] 如圖所示：
標準模架
7.2 模具安裝校核
模具安裝固定有兩種：螺釘固定、壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具多采用此法），模具動定模板上的螺孔及其間距，必須和注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板附近有螺孔就可以，有較大的靈活性；該模具采用壓板固定。
開模行程的效核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于單分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核[15]：
S≥H1+H2+（5～10）(mm) （9.6）
式中： S為注塑機的最大行程（此模具中為700）mm；
H1為塑件的脫模距離（此模具中為100），mm；
H2為包括流道在內(nèi)的塑件高度（此模具中為105），mm；
所以上式成立（205>700），即該注塑機的開模行程符合要求。由以上對各參數(shù)的效核可知該注塑機符合要求。
8 設計注射模具調(diào)溫系統(tǒng)
8.1 冷卻水體積流量
查表9模具平均工作溫度為60℃，用常溫20℃的水作為模具冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30℃，每次注射質(zhì)量m=0.36 kg，注射周期25s。
查表9.2，取PP注射成型固化時單位質(zhì)量放出熱量 = 3.5×105J / kg。
冷卻水的體積流量計算如下：
式中 V——所需冷卻水的體積，；
m——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的每次注入模具的塑料質(zhì)量，m=0.39kg；
n——每小時注射的次數(shù)，n=60；
——冷卻水在使用狀態(tài)下的密度，1000kg/m3；
——冷卻水的比熱容，4187J/(kg·℃)；
——冷卻水出口溫度，30℃；
——冷卻水入口溫度，20℃；
——從熔融狀態(tài)的塑料進入型腔時的溫度到塑料冷卻脫模溫度為止，塑料所放出的熱焓量，J/kg， = 3.5×105J / kg。。
代入上式得：
因此，該產(chǎn)品注射成型模具冷卻系統(tǒng)的冷卻水道直徑取8mm。
在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內(nèi)的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設計中的PP，僅需要設置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
8.2 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響
注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產(chǎn)率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內(nèi)應力和明顯的熔接痕等缺陷。
模具冷卻水路圖
8.3冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則
設計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設計冷卻系統(tǒng)時，模具設計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質(zhì)。
塑件壁厚應該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設置是在凸模塊與凹模塊內(nèi)，設在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取8mm。
9 設計注射模推出機構
本模具采用的為一次頂出脫模機構，它包括常見的推桿、推管、推板、推塊或活動鑲塊等脫模機構。該機構是最常用的頂出方式。即塑件在頂出機構的作用下，通過一次動作即可頂出。基于以上原則，該模具的脫模零部件設在動模上，選擇推桿頂出形式[9]。
9.1 推桿橫截面直徑的確定
根據(jù)該塑件和模具的結構特點，在開模后塑件的收縮不僅不對側(cè)凹成型零件產(chǎn)生包緊，反而會松開，故脫模力較小，可忽略不計，所以只能憑經(jīng)驗初選推桿的直徑為 d=10mm。
9.2 推桿的形式
頂桿可以分為普通頂桿、成形頂桿、錐面頂桿，該模具的頂桿形式選擇普通頂桿，如下圖所示。
圖 推桿
推桿長度的計算 ，頂桿總長度為：
h桿=[h凸+б1]+h動墊+[S頂+б2]+h頂固
式中： h桿 為推桿的總長度；
h凸 為凸模的總高度；
h動墊 為動模墊板的厚度；
S頂 為頂出行程；
h頂固 為頂桿固定板的厚度；
б1為富裕量，一般為（0.05～0.1）mm，表示頂桿端面應比腔型的平面高出；
б2為頂出行程富裕量，一般為3～6mm。
根據(jù)以上公式計可得，推桿的總長度為355.77mm。
10 設計注射模具側(cè)向抽芯機構
10.1斜導柱抽芯機構設計原則
a、 活動型芯一般比較小，應牢固裝在滑塊上，防止在抽芯時松動滑脫。型芯與滑塊連接部位要有一定的強度和剛度；
b、 滑塊在導滑槽中滑動要平穩(wěn)，不要發(fā)生卡住、跳動等現(xiàn)象；
c、 滑塊限位裝置要可靠，保證開模后滑塊停止在一定位置上而不任意滑動；
d、 鎖模塊要能承受注射時的側(cè)向壓力，應選用可靠的連接方式與模板連接。鎖模塊和模板可做成一體。鎖緊塊的斜角θ1應大于斜導柱的傾斜角θ，一般取θ1-θ >2°～3°，否則斜導柱無法帶動滑塊運動。
e、 滑塊完成抽芯運動后，仍停留在導滑槽內(nèi)，留在導滑槽內(nèi)的長度不應小于滑塊全長的2/3，否則，滑塊在開始復位時容易傾斜而損壞模具。
f、 防止滑塊和推出機構復位時的相互干涉，盡量不使推桿和活動型芯水平投影重合。
g、 滑塊設在定模的情況下，為保證塑料制品留在定模上，開模前必須先抽出側(cè)向型芯，最好采取定向定距拉緊裝置[10]。
10.2 抽芯機構的確定
由于該模具比較簡單，抽芯力不大，故采用斜導柱外側(cè)抽芯機構。
10.3 抽芯距S
抽芯距指型芯從成型位置抽至不妨礙脫模的位置時，型芯或滑塊在抽芯方向所移動的距離?！端芰夏＞咴O計》[5]查的抽芯距的計算公式為型芯從成型位置抽至不妨礙脫模位置再加上3~5mm余量，這里取5mm，按模具中最長的型芯來計算其長度為70故抽芯距為75mm。
10.4 斜導柱傾斜角α的確定
斜導柱的傾斜角是決定斜導柱抽芯機構工作效果的一個重要參數(shù)，它不僅決定了抽芯距離和斜導柱的長度，更重要的是它決定著斜導柱的受力狀況。
圖8.1斜導柱受力圖 圖8.2 抽芯距的計算
Q=P cosα （8.1）
式中： P1---開模力；
Q--抽拔阻力（與抽拔力大小相等方向相反）；
P---斜導柱所受的彎曲力。
由上式可以看出，當所需的抽拔力確定以后，斜導柱所受的彎曲力P與cosα成反比，即α角增大時，cosα減小，彎曲力P也增大，斜導柱受力狀況變壞。
另外，從抽芯距S與α角的關系來看，如圖8.2所示。
S=H tgα=L sinα （8.2）
式中： L---斜導柱的有效工作長度。
當S確定以后，開模行程H及斜導柱工作長度L與α成反比，即α角增大，tgα也增大，則為完成抽芯所需的開模行程減小，另外，α角增大時sinα增大，斜導柱有效工作長度可減小。
綜上所述，當斜導柱傾斜角α增大時，斜導柱受力狀況變壞，但為完成抽芯所需的開模行程可減小；反之，當α角減小時，斜導柱受力狀況有所改善，可是開模行程卻增加了，而且斜導柱的長度也增加了。這會使模具厚度增加。因此，斜導柱傾斜角α過大或過小都是不好的，一般α角取10°～20°，最大不超過25°。
對于該模具，由于抽拔力不大，但抽芯距離較大故選擇較大傾角，綜合考慮斜導柱的傾斜角取α=18°。
圖8.4 斜導柱