螺纹端盖注塑模具设计

摘要：塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。

本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明；最后对顶杆进行了数控加工编程。

通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。

关键词：塑料模具；镶件；分型面

Design of Thread cover injection mold

Abstract: the production process and improves the product quality to have the very big significance.

This design introduced the injection takes shape the basic principle, specially

single is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request; Finally,the mandril was NC programming.

Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding,

notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work.

Key word: The plastic mold; inlays;divides the profile

目录

1.前言 ....................................................................... 1 1.1 模具工业在国民经济中的地位 ······················· 1 1.2 各种模具的分类和占有量 ························· 1 1.3 我国模具工业的现状 ··························· 2 1.4 世界五大塑料生产国的产能状况 ······················ 4 1.5 我国模具技术的现状及发展趋势 ······················ 6 2 注塑件的设计 ............................................................... 7 2.1 材料选择 ································ 7 2.2 结构设计 ································ 7 2.2.1 壁厚 ································· 7 2.2.2 脱模斜度 ······························· 8 2.2.3 圆角 ································· 8 2.2.4内螺纹 ································ 8 2.3 塑件的尺寸精度及表面质量 ························ 9 2.3.1尺寸精度 ······························· 9 2.3.2塑件的表面质量 ···························· 10 3 注塑成型的准备 ............................................................ 10 3.１注塑机简介 ······························· 10 3.2 注塑机基本参数 ····························· 10 3.3 选择注射机 ······························· 11 3.4 注射机的校核 ······························ 12 3.4.1 最大注塑量的校核 ··························· 12 3.4.2 锁模力的校核 ····························· 12 3.4.3 注射压力的校核 ···························· 12 3.4.4模具厚度校核 ····························· 12 3.4.5 开模行程校核 ····························· 13 3.4.6 模具安装尺寸校核 ··························· 13 3.4.7 模具外形尺寸校核 ··························· 13 3.4.8 定位圈尺寸校核 ···························· 13 3.4.9 喷嘴尺寸校核 ····························· 13 4 模具设计 .................................................................. 14 4.1分型面的确定 ······························ 14

4.2型腔数目的确定 ····························· 14 4.3浇口确定 ································ 15 4.4模具材料的选择 ····························· 15 4.5浇注系统设计 ······························ 16 4.5.1主流道 ································ 16 4.5.2分流道 ································ 16 4.5.3冷料穴 ································ 17 4.5.4浇口 ································· 17 4.6模架的确定 ······························· 18 4.6.1型腔壁厚和底版厚度计算 ························ 18 4.6.2模架的选用 ······························ 19 4.7导向与定位机构设计 ··························· 19 4.8顶出系统设计 ······························ 21 4.8.1脱模阻力计算 ····························· 21 4.8.2推杆脱模机构 ····························· 22 4.9定位圈与浇口套设计 ··························· 23 4.9.1定位圈 ································ 23 4.9.2浇口套标准 ······························ 23 4.10成型零件工作尺寸的计算 ························· 23 4.10.1螺纹成型零件工作尺寸的计算 ······················ 24 4.10.2按平均值法计算模具成型零件工作尺寸 ·················· 25 4.11排气设计 ································ 26 4.12温度调节系统设计 ···························· 27 4.12.1温度调节对塑件质量的影响 ······················· 27 4.12.2对温度调节系统的要求 ························· 27 4.12.3冷却系统设计 ····························· 27 5数控加工编程 ............................................................... 32 6结论 ....................................................................... 33 参考文献 .................................................................... 34 致谢 ........................................................................ 35

前言

1.前言

1.1 模具工业在国民经济中的地位

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在19年3月中国颁布的《关于当前产业要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。

模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义.

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前言

1.2 各种模具的分类和占有量

模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。

（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50％以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。

（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。

（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35％，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。

（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6％。

（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。

模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。

1.3 我国模具工业的现状

自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260～270亿元人民币。今后预计每年仍会以10％～15％的速度快速增长。

目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业

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前言

模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。

在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50％（中国：40％），塑料模具约占33％（中国：48%），压铸模具约占6％（中国：5%），其他各类模具约占11（中国：7％）。

中国模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。

萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。

1981年——1991年是模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。

成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由地区委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能

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前言

力的提升，以及计算机辅助设计，模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。

1.4 世界五大塑料生产国的产能状况

美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。早在80年代前期，美国塑料产量就已达2000万吨之多，1986年增至23l0万吨，占全球总产量8100吨的28.5％，此后美国塑料产量继续呈现稳定增长之势，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分别增加到2710万吨、2810万吨、3010万吨、3410万吨、4000万吨和4360万吨，占世界总产量的比例从1996年起提高到30％以上。2001年美国塑料产量为4170万吨，其中以聚乙烯为最多，达1500多万吨。其次分别是氯乙烯650万吨、聚丙烯720万吨、聚苯乙烯对酞酸脂320万吨、聚苯乙烯280万吨。国内塑料消费量(产量+进口量一出口量)，美国也是全球最多的。美国的全部塑料消费量2001年为4280万吨。美国人均塑料消费量也是很高的，2000年为159公斤，2001年略减为155公斤 ，居全球第3位。美国现有各种大小塑料企事业单位1万多家，其中职工人数少于50人的占总数的53％，50～l00人的占21％，100～500人的占23％，超过500人的占近4％，职工总数近90万人。在美国塑料制品加工业的就职人数达110万，2001年的出货金额为2150亿美元，人均出货金额为195美元。

德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一，上世纪90年代初的1991年、1992年和1993年，德国塑料产量都为990多万吨，1994年增达超过1000万吨的1110万吨．1998年达近1300万吨，1999年为近1400万吨，2000年增至1550万吨，超过日本为世界第2大塑料生产国，2001年上升为1580万吨，2002年已过1600万吨。2001年德国生产的种种塑料原料中，聚乙烯为285万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯125万吨)，氯乙烯175万吨，聚丙烯160万吨。德国2001年的国内塑料消费量为1280万吨，其中聚乙烯265万吨，聚丙烯155万吨．氯乙烯152万吨。德国人均塑料消费量2001年为160公斤，在世界上仅少于比利时的172公斤，高于美国的155公斤，排在世界第2位。德国塑料制品加工业的职工总计有近30万人，2001年的出货金额为360亿美元，人均126美元。德国塑料制品加工企业中职工少于50人的占44％，50～100人的占28％，100～500人的占25％，500人以上的占4％。

中国塑料工业多年持续高速增长，1991年产量仅为250万吨，1995年增为

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前言

350万吨，1998年超过700万吨，到2002年已增达约1400万吨，超过日本而成为世界第3大塑料原料生产国。中国今年塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过2500万吨。其中包装塑料制品今年需求量将超过850万吨，工程塑料制品需求量将达400万吨左右，建材塑料制品需求量将达300万吨以上，农用塑料制品需求量将在500万吨左右，日用塑料制品需求量约为80万吨左右。

日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第2大塑料生产国。一直到1997年，日本塑料产量曾经连续多年增长，年产量在70年代中期就已达500多万吨，1987年突破1000万吨，1991年达约1300万吨，1992年和1993年因受日本经济下滑的影响，产量略有减少，分别降至1258和1225万吨。从1994年起产量再度增长，1994年、1995年和1996年分别回升到1300万吨、1400万吨和1470万吨，1997年的产量又比上年增长3.7％，达到1521万吨，首次超过1500万吨。但这种增势在1998年受到遏制，产量大幅度减少。1998年，日本塑料产量为1390万吨，比上年减少了8.7％。1999年和2000年日本塑料产量分别回升到1432万吨和1445万吨，但仍远未恢复到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料产量再度下降至1400万吨以下的13万吨和1361万吨。2002年日本塑料(原料)产量减为1361万吨。而中国则增为1366万吨，日本又退居第4位。

韩国塑料产量增长十分迅速，1986年超过200万吨，1990年增达300万吨，1992年突破500万吨，1994年、1996年和1997年分别上升到600多万吨、700多万吨和800多万吨，1998年产量增至850万吨，1999年突破900万吨，2001年达1200万吨，跻身于世界5大塑料生产国之列。韩国塑料原料产品中以聚乙烯居首，2001年产量为340万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯180万吨)，聚丙烯以238万吨排在第2位，其次分别是聚酯161万吨、氯乙烯124万吨、ABS·AS树脂86万吨、聚苯乙烯77万吨。韩国国内塑料消费量2001年420万吨，只相当于产量的1/3略高。人均塑料消费量2001年为106公斤，韩国塑料制品加工业的职工总数2001年为3.1万人，出货金额为85亿美元，人均276美元。

塑料产量位居世界前10名的国家和地区还有法国660万吨、比利时600万吨、中国598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为2001年产量)。

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前言

1.5 我国模具技术的现状及发展趋势

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48\"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速

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前言

铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

2 注塑件模具的设计

2.1 材料选择

塑件选用PA6塑料成型，PA6又称尼龙6，结晶型塑料，具有优良的力学性能，并抗拉、抗压、耐磨。其抗冲击强度比一般塑料高，作为机械零件材料，具有良好的消声效果和自润滑性能。尼龙6耐碱，弱酸，但强酸和氧化剂能侵蚀尼龙6。其吸水性强，收缩率大，稳定性差，适用在80°～100°之间使用。

尼龙6成型时的特点是熔融度低，流动性良好，容易产生飞边。成型加工前必须进行干燥处理；易吸潮，塑件尺寸变化较大。熔融状态时热稳定性差，晚发生降解而使塑件的性能下降。查手册如表1为PA6塑料成形条件。

表1 PA6塑料成形条件

注射成形机类型 螺杆式

密度°／

gcm3计算收缩

预热 温度

时间

料筒温度 ／℃

注射压力／MPa 70～120

适用注后处理

率／% ／℃ ／h 0.8～2.5

射机类方法 温度时间型

／℃ ／h 宜用螺油、90～杆式，水、螺杆带盐水 止回环，喷嘴宜用自锁式

100

4

1.14 100～12～220～110

16

300

说明：⒈上述预热条件为采用鼓风箱预热；

⒉对潮湿环境使用的塑料应进行调湿处理，可在100～120℃水中加热2～18 h。

2.2 结构设计

2.2.1 壁厚

各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次

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注塑件的设计

可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷；另外，在结构上要求具有不同的壁厚时，不同壁厚的比例不应超过1：3.以下是PA的壁厚推荐值:

最小壁厚mm 0.45

小型件壁厚mm

中型件壁厚mm

大型件壁厚mm

0.75 1.6 2.4～

该塑件属于中小型件,从图上看,塑件中心内六角孔的侧壁很厚达到5mm,底部厚1mm，塑件上端壁厚1mm，外圆环厚3mm。

2.2.2 脱模斜度

由于塑件成型时冷却过程中产生收缩，使其紧箍在凸模或型芯上，为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损，与脱模方向平行的塑件内，外表面都应具有合理的斜度。以下是PA的脱模斜度推荐值：

型腔 25′～ 45′ 型芯 20′～ 45′

2.2.3 圆角

塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才

采用尖角结构。PA塑件内外边缘处的最小许可圆角半径为0.5～1.0.通常, 内壁圆角半径应是壁厚的一半,而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍，一般圆角半径不应小于0.5 mm,壁厚不等的两壁转角可按平均壁厚确定内外圆角半径.对于塑件的某些部位,在成型中必须处于分型面,型芯与型腔配合处等位置时,则不便制成圆角，而采用尖角。

2.2.4内螺纹

在螺纹入口处设计一个无螺纹的沉孔,孔径大于螺纹大径,高度大于0.5 mm，

这可以防止塑件上螺纹孔的第一扣螺纹崩裂，同时对螺纹件的配合起到引导作用,在螺纹的末端也有大于0.5 mm的一段为无螺纹的光孔，其作用是保证螺纹型芯的第一扣螺纹在使用中不被损坏；查手册得螺纹始末尺寸为4 mm.，图1。

塑件上其它的特征还有如孔，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍。

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注塑成型的准备

图1 内螺纹

2.3 塑件的尺寸精度及表面质量

2.3.1尺寸精度

（1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般零件，所以精度要求为一般精度即可，根据精度等级选用表，塑件选用精度等级为MT4，未注公差尺寸精度等级为MT6。

（2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为：

=s+z+c+a （2—1）

s式中 ——制件总的成型误差； z——塑料收缩率波动所引起的误差；

c——模具成型零件制造精度所引起的误差； ——模具磨损后所引起

的误差；

a——模具安装，配合间隙引起的误差；

影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。

（1）模具—— 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。 （2）塑料材料—— 主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。 （3）成型工艺—— 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。

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注塑成型的准备

2.3.2塑件的表面质量

表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件是没有相对运动的零件,故可选表面粗糙度Ra为3.2m。

3 注塑成型的准备

3.１注塑机简介

1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一。

注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有：

（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机； （2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。

3.2 注塑机基本参数

注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.

(1)公称注塑量：指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.

(2)注射压力：为了克服熔料流经喷嘴，浇道和型腔时的流动阻力，螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力，我们将这种压力称为注射压力。

(3)注射速率：为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。

常用的注射速率如表2所示。

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表2 注射量与注射时间的关系

注射量/CM3 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 0 1330 1600 2000 注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5

(4)塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量。塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循环时间长，则不能发挥塑化装置的能力，反之则会加长成型周期。

(5)锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力，在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。

(6)合模装置的基本尺寸：包括模板尺寸，拉杆空间，模板间最大开距，动模板的行程，模具最大厚度与最小厚度等。这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。

(7)开合模速度：为使模具闭合时平稳，以及开模，推出制件时不使塑料制件损坏，要求模板在整个行程中的速度要合理，。

(8)空循环时间：在没有塑化，注射保压，冷却，取出制件等动作的情况下，完成一次循环所需的时间。

3.3 选择注射机

由图样说明书可知，该模具使用于60g卧式注塑机，而PA6宜用螺杆式注塑机，故选择XS-ZY-60注射机。查手册，得XS-ZY—60注射机的技术规格及特性如表3所示。

表3 XS-ZY—60注射机的技术规格及特性

型号 螺

杆直径/㎜

最大注射锁注射压力/ 模容量MPa 力/cm3

/KN

最大最注射大面积模/

cm2最小模具厚度/㎜

模板最大距离/㎜

模板行㎜

喷嘴圆半径/㎜

喷嘴孔径/

喷嘴移动距㎜

顶出形式

具 厚

度/㎜

程/弧

㎜ 离/

XS-ZY-60

38 60g 122 500 130 200

70 38

0

180

12 4 120

中心顶杆机械顶出

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3.4 注射机的校核

3.4.1 最大注塑量的校核

为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%~80%。

M实 =20.49g； M公＝60g； 100％＝34.15％ 满足要求。

6020.493.4.2 锁模力的校核

在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：

F＞KA分·P型 （3—1） ＝1.2×4× ×30×106

＝ 70.65 KN 满足要求。

式中 F——注塑机额定锁模力，500KN； K——安全系数，通常取1.1～1.2，取K=1.2；

42523.4.3 注射压力的校核

注射机最大注射压力Pz为122MPa，PA6成型所需的注射压力Pch为70～120 Mpa，满足Pz＞Pch。

3.4.4模具厚度校核

模具厚度必须满足下式：

Hmin Hm Hmax （3—2） 70172200 满足要求。

式中 Hm——所设计的模具厚度 172 mm；

Hmin——注塑机所允许的最小模具厚度70 mm； Hmax——注塑机所允许的最大模具厚度200 mm；

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3.4.5 开模行程校核

所选注塑机为液压-机械联合作用的锁模机构，最大开模行程不受模具厚度的影响，仅由连杆的最大行程决定。

S≥H1+H2+（5～10）mm （3—3） 180 ≥8.5+9.5+10＝28 满足要求。

式中 S——注塑机最大开模行程180 mm； H1——制品脱模距离8.5 mm；

H2——包括流道凝料在内的制品高度9.5 mm。

3.4.6 模具安装尺寸校核

注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。

该模具外形尺寸为2×232（B×L）属中，小型模具，所以采用压板固定法（一般认为当尺寸在500×500内为中，小模具）。

3.4.7 模具外形尺寸校核

注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。

3.4.8 定位圈尺寸校核

注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合，便于模具安装，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。模具端面凸台高度应小于定位孔深度。

3.4.9 喷嘴尺寸校核

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模具设计

图2 喷嘴与浇口套尺寸关系

在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径R1大1～2 mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.5～1 mm，如图2所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。

4 模具设计

4.1分型面的确定

根据分型面的选择原则：

（1）便于塑件脱模； （2）在开模时尽量使塑件留在动模； （3）外观不遭到损坏；

（4）有利于排气和模具的加工方便。

结合该产品的结构,分型面确定在与注射机开模方向垂直的平面。

4.2型腔数目的确定

注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目的确

定时主要考虑以下几个有关因素： （1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生产效益； （4）模具制造难度。

考虑到该塑件是一般工业用品，查手册得塑件的经济精度推荐4级，所以初定为一模四腔最合理。排列形式如图3所示。

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模具设计

图3 浇口排列方式

4.3浇口确定

PA6料的流动性好，为了不影响外观，简化模局结构，确定使用潜伏式浇口与分流道中心线的夹角为30°，长度l=0.5mm,直径d=1mm，制品带有内螺纹，浇口设在型腔底侧面，可避免制品的应力开裂。

4.4模具材料的选择

现有的模具模架已经标准化，所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料。如何合理的选择模具钢，是关系到模具质量的前提条件，如果选材不当则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。

在选择模具钢时，首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能，从使用性能考虑:硬度是主要指标之一，模具在高应力作用下欲保持尺寸不变，必须有足够的硬度，当承受冲击载荷时还要考虑折断，崩刃问题，所以韧性也是一重要指标，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，从PA6特性看，这三项指标是必须要满足的，此外还有红硬性，抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。

从工艺性能考虑：:要热加工工艺好，加工温度范围宽，冷加工性能如切削，铣削，抛光等加工性能好，此外还要考虑淬透性和淬硬性，热处理变形和氧化脱碳等性能。另外从经济考虑，要求材料来源广，价格低。

查手册凹模和型芯采用50调质钢，HB250~280，易于切削加工，旧模修复时的焊接性能较好，但抛光性和耐磨性较差。镶块采用P20（3Cr2Mo）钢材，能保证加工后获得较高的形状和尺寸精度，也易于抛光，适用于中小型注塑模。

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模具设计

4.5浇注系统设计

注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。

4.5.1主流道

主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。

主要参数： 主流道锥角=3°；

内表面粗糙度Ra=0.63m ；

小端直径dd1(0.5~1)40.54.5mm； （4—1）

式中d1一注射机喷嘴直径；

球面配合高度 H=4mm；

主流道球面半径RR1(1~3)12214mm； （4—2）

式中R1一注射机喷嘴球面半径；

主流道长度L一般按模板厚度确定，L=20 mm， 主流道与分流道过滤圆角r≈d/8=0.6 mm

主流道大端直径Dd2Ltan34.5220tan36.5 mm （4—3） 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。

4.5.2分流道

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，表面粗糙度取Ra=1.25m。

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分流道长度L(1~2.5)D1.56.510 mm； （4—4）

式中D一主流道大端直径；

分流道大端宽度 （4—5） b(1D)6.54mm。

23124.5.3冷料穴

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道

凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为 主流道大端直径，冷料穴的尺寸如图4所示。

图4 冷料穴的尺寸

4.5.4浇口

浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特性：

①形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； ②试模时如发现不当，容易及时修改； ③能相对地控制填充速度及封闭时间； ④对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。

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模具设计

4.6模架的确定

4.6.1型腔壁厚和底版厚度计算

在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力[]时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。

根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，按刚度校核原则。该模具结构形式为组合式圆筒形：

⒈刚度条件计算公式：

因塑件精度为4级，模具为IT8级，且为组合式型腔结构

1[δ]=25i125(0.35W51 0.001W) (W=r=20) （4—6）

=25(0.352050.00120) =16.43m =0 .016㎜

组合式圆筒形型腔侧壁厚度：

Sr([ ]E0.75rP[]E1.25rP1)(2wr)51

20(0.0162.1100.7520300.0162.1101.2520305)2（4—7）

25mm1底板厚度计算公式：

Pr3 T0.91r()E[](wr)

0.9120()5 （4—8） 2.1100.016302013

11mm⒉强度条件计算工式

(1)组合式圆筒形型腔侧壁厚度

11 （4—9） []160

Sr[([]2P)21]20[(160230)21]6mm⑵组合式圆筒形型腔底板厚度或动模垫板厚度

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11T1.01r(P[])21.1020(30160)210mm（4—10）

式中 R—模板外形半径，即矩形模板的外形最小尺寸（㎜）；

P——型腔压力，P取30MPa；

r——型腔内半径（㎜）；

S——型腔壁厚（㎜）； h——型腔深度（㎜）； H——模板高度（㎜）； T——垫板厚度（㎜）；

E——模具钢材的弹性模量（N/mm2），一般钢材的弹性模量

E2.110Nmm52；

[σ] ——模具强度计算的许用应力（N/mm2），一般中碳钢[σ]=160 N/mm2;

[]——刚度条件，即允许变形量(mm)，取[]=0.04;

——模具钢材的泊松比，=0.25；

取刚度和强度计算值中的大值为计算结果，即S=25㎜，T=11㎜

4.6.2模架的选用

注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者适用于模板尺寸为B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L为（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于该设计为小型模具采用GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》标准模架。采用P1型，规格为250×250，模架总高172㎜，定模板厚32㎜，动模板厚25㎜，动模垫板厚20㎜，模脚分为63㎜，32㎜两部分。

4.7导向与定位机构设计

注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。

导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板

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模具设计

的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。

导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。

设计导柱和导套需要注意的事项有：

1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。

2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出6～8 mm，以确保其导向与引导作用。

3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.5～2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。

4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。

①导柱设计

导柱的直径由模板外形尺寸确定，模板尺寸越大，导柱间的中心距就越大，所选导柱

直径也越大。查手册，因模板外形尺寸为250～300㎜，故取导柱直径为20～25㎜。采用有肩导柱Ⅰ型，其规格及结构如图5。导柱布置方式采取等直径不对称布置，分布如图6。

图5 导柱规格及结构 图6 导柱分布方式 ②导套设计 采用带头导套Ⅰ型，其规格及结构如图7。

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模具设计

图7 导套规格及结构

4.8顶出系统设计

注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。

脱模机构的设计一般遵循以下原则：

1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。

3）结构合理可靠，便于制造和维护。

本设计使用简单的推杆和推管脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。

4.8.1脱模阻力计算

首先需要对塑件进行理想模型建模，视为圆筒塑件：

在开模方向，须克服塑件与型腔壁之间的附着力。查手册决定有关参数：弹性模量E1.9510 N/mm2；线胀系数8105℃1；

软化温度Tf=160℃；脱模温度Tj=75℃；脱模系数fc=0.4；泊松比=0.33； 顶出塑件许用应力[σ]=23 N/mm2。

3式中t——塑件平均壁厚（㎜）； d——型芯的平均直径（㎜）； h——型芯脱模方向高度（㎜）； Ac——塑件包紧型芯的有效面积（㎜2）；

Qe——脱模阻力（N）； Qc——收缩脱模阻力；

1t/ d 属厚壁塑件，且脱模斜度为β=30′，查脱模斜度修正因 4 /25.54

20系数K的线图知K=0.98；

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模具设计

塑件包紧型芯的有效面积Ac2rh3.1425.549.5761.85mm2 脱模阻力为：

c 2 f 2 j c （4—11） QeQc1.25KfE(TT)A(d2t)d(d2t)d22

 1.250.980.481051.9510(16075)761.8522223

=1211（N）

(25.5424)25.54(25.5424)25.540.334.8.2推杆脱模机构

推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。推杆的截面形状可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用是非常灵活的。

推杆尺寸计算：本设计采用单节式圆形推杆（即A型），在求出脱模力的前提下可以对

1）推杆做出初步的直径预算并进行强度校核。 所需接触面积

aaQe[]12112352.65mm2（4—12）

d 22推杆直径   8m m （4—13）

52.65取推杆的基本尺寸 d=10㎜。 2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。

3）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用弹簧复位机构，弹簧复位机构是一种最简单的复位方式。推出时弹簧被压缩，

而合模时弹簧的回力就将推出机构复位。

4）推杆与模体的配合：推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.5～2倍，至少大于

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模具设计

15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的，如图8所示。

5）利用成形零件镶块在推杆的作用下推出制品： ① 螺纹塑件脱模机构

模外手动旋出，在模内装插可更换的螺纹型芯，成型后将型芯或型环与

塑件一道推出模外，使用简单的工具将它从塑料上旋离，然后重新装入模具。

② 浇注系统凝料脱出

采用潜伏式点浇口的模具，因在推出过程中浇口被自动拉断，必须设置推出塑料制品和浇注系统推出。由推杆推出塑料制品，Z形拉料杆推出凝料。

图8 推杆的安装图

4.9定位圈与浇口套设计

4.9.1定位圈

作用：使注塑体的喷嘴与模具的浇口套定位。

该设计采用特殊定位圈，在浇口套上设置与定位圈配合，同时便于更换，与 模装模板固定用的螺钉采用ISB1176中公称直径8㎜的螺钉。

4.9.2浇口套标准

采用B型浇口套，由主流道尺寸可知浇口套球面半径R＝14㎜，孔径D＝4.5㎜。

4.10成型零件工作尺寸的计算

成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺

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模具设计

寸的精度直接影响塑件的精度。成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极造公差和磨损量进行计算；前一种方法简便，但不适合精密塑件的模具设计，后一种复杂，但能较好的保证尺寸精度。本设计采用平均值法。

4.10.1螺纹成型零件工作尺寸的计算

查手册M22×1-6H螺纹的尺寸为： 大径22㎜，中径 21.350㎜,小径20.917

㎜,中径的制造公差m中0.03mm ，中=5m中 =0.15 ㎜。

1）径向尺寸的计算 dm大[D大1Scp中]0 ＝25.540㎜ 0.03

dm中[D中1Scp中]0 （4—15） m中m中 （4—14）

＝[2211.1%0.15]0 0.03 ＝[21.35011.1%0.15]0 0.03 ＝ 24.790㎜ 0.03

dm小[D小1Scp中]0 （4—16） m中 ＝[20.91711.1%0.15]0 0.03 ＝24.280㎜ 0.03

式中 dm大，dm中，dm小—螺纹型芯的大、中、小径尺寸，㎜； D大，D中，D小—制品内螺纹的大、中、小径尺寸，㎜； m中—螺纹型芯中径的制造公差，㎜；

Scp—塑料的平均成形收缩率；

中—制品内螺纹的中径制造公差，㎜； 2）螺距尺寸计算

pmp1Scpm （4—17） 2

111.1% 0.032=1.010.015㎜

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模具设计

式中pm—螺纹型芯的螺距，㎜； p—塑件外螺纹螺距基本尺寸，㎜；

4.10.2按平均值法计算模具成型零件工作尺寸

对于未注偏差的自由尺寸，应按技术条件取低精度的公差值，查下表4.

表4 自由尺寸

公称尺寸范围

＜6 6～10 18～30

自由尺寸级 0．20 0．30 0．40

计算型芯和型腔径向尺寸时，修正系数x1可取0.60, x2取0.63，计算高度和深度尺寸时, x3取0.60, x4取0.63。将型芯和型芯各处工作尺寸的制造公差按制品公差的1/3取值。

1） 型腔径向尺寸

 Dm1[1Scpd1x11]0 （4—18）

m0.167 =[11.1%280.060.50]0 0.167 =28.0080㎜

 Dm2[1Scpd2x112]0 （4—19）

m0.133 =[11.1%180.060.40]0 0.133 =17.9580 ㎜

2）型腔深度

Hm11Scph1x330m （4—20）

0.10 =11.1%9.50.600.3000.10 =9.4240 mm

Hm21Scph2x44 （4—21） 011.1%50.630.200m

0.0674.92900.067 mm

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模具设计

3）型芯径向尺寸

（4—22） dm1ScpDx2m11.1%8.140.700.160.0530

08.3420.053 mm

04）型芯高度

（4—23） hm1ScpHx4m0

11.1%3.50.630.200.0673.6650.0670

0 mm

式中 d—制品的名义尺寸（最大尺寸） ；

D—制品的名义尺寸（最小尺寸） ；

dmDm—型芯径向名义尺寸（最大尺寸）； —型腔径向名义尺寸（最小尺寸）；

H—制品孔深名义尺寸；

hm—型芯高度名义尺寸；

x—修正系数；

—制品公差；

m—模具制造公差；

4.11排气设计

在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。

对于一般的小型塑件，当不采用特殊的高速注射时，可利用分型面排气或利用推杆与孔，脱模板与型芯，活动型芯与孔的配合间隙排气。本设计采用以上排气方法。

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模具设计

4.12温度调节系统设计

在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。流动性差的塑料如PC，POM等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内，可以提高成型效率。对于高熔点，流动性差的塑料，流动距离长的制件，为了防止填充不足，有时也在水管中通入温水把模具加热。

4.12.1温度调节对塑件质量的影响

1）采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率； 2）模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形

3）对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提高模温能大大改善塑件的表面状态；

温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方，设计时要根据材料特性和使用要求偏重于主要要求。

4.12.2对温度调节系统的要求

1）根据塑料的品种确定是对模具采用加热方式还是冷却方式；

2）希望模温均一，塑件各部同时冷却，以提高生产率和提高塑件质量； 3）采用低的模温，快速，大流量通水冷却效果一般比较好； 4）温度调节系统应尽可能做到结构简单，加工容易，成本低廉； 从成型温度和使用要求看，需要对该模具进行冷却，以提高生产率。

4.12.3冷却系统设计

①设计原则

1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；

2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好； 3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距B大约为2.5～3.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁

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模具设计

的距离为0.8～1.5B，最小不要小于10。

4）浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳； 5）应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过5℃

6）冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔。

7）合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。

②塑件总重量和注射周期计算： （4-24） 每次注射量

GV实1.1419.51822.25g

塑件平均壁厚 H＝4㎜，查表成型温度tc＝225℃，模具温度 tm＝65℃，脱模温

21t度x＝75℃， k0.070mms （4-25）

QH22 2

4ln2 0.0759.35s822565 27565kLn[8(tctm)(txtm)2]取冷却时间θ＝60 s。开模取出镶块的时间为15 s。注射时间θ′＝5 s。 故制品的成型周期为 e6015580s （4—26） 由此得每小时注射次数 n36008045（4—27）

③被PA6熔体带入型腔内的总热量为

QnGi4522.25103550551KJ/h （4—28） 式中n—每小时注射次数； G—每次注射量（㎏）；

i—每千克塑料熔体凝固时放出热含量（KJ/h）

计算得模具四侧面积 F=289.543.34103m2 （4—29） 两对合面积 Fi

4模具闭合时间co'60565s2842.4610232m（4—30）

（4—31）

ecoe8065800.1875（4—32）

模具的平均温度 t2mtm=65℃，室温t0=20℃，得空气对流所散发的热量

为

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模具设计

Qc4.18680.25

360t2mFFi300t2mt043（4—33）

33 4.18680.253.34102.46100.1875652065300

36043=3.15 KJ/h

模具辐射所散发的热量

273t4273t42m0 QR20.767F100100442736527320320.7673.34100.05 100100

（4—34）

=0.197 KJ/h

—辐射率；

模具传导给注射机台面的热量

QL3.60Flt2mt0 （4—35）

=3.601402.461036520

=55.79 KJ/h

Fl—模具与注塑机台面的两个接触底面积（m2，普通钢为140。 —传热系数（W/mc）

2），取Fl=Fi= 2.46103m2；

t0—注塑机的台面温度，等于或略高于车间室温，取t0=20℃。

QQiQcQRQL略去喷嘴向模具的传递，可得冷却液应从模具中携走热量

（4—36）

=5513.150.19755.79 =492 KJ/h ④冷却回路计算

在定模板中设计了一组平面回路，为了便于计算，将每组回路简化成横向

长为（B1=0.08m）与纵向长为（B2=0.2m）的流动管道各2根，且与型腔的平均距离为0.04m，a=0.03m，钢的导热系数=48W/m2c。

R1

R22.3h2.30.04480.030.082.30.04480.030.2aB12.3h 0.8℃/W （4—37）

0.32aB2℃/W （4—38）

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模具设计

12 2 求得R=0.11℃/W 总热阻为 G

RGR1R20.81闭模传热率  （4—39） 80e''560 塑件与定模型腔的接触面积 fG4'2传热系数 430W/mC，得定模温差平均值

4920.6 tt0.6Q95.7C13m''33.6fG3.60.812.4610430

40.0282.461023m2（4—40）

PA6熔体最高温度t1max＝225℃，设模具t3max＝225℃，t3min＝50℃， 则t1max－t3min＝22550175℃，与上面解得(t1t3)m95.7℃查图得 t1mint3max=60℃，由此得知，t1min=140℃。

由上t3min和t3max，得模具平均温度 t3m=0.5(8050)65℃ 根据t3m可求得水孔壁的平均温度

t4m=t3mQ0.278R650.64920.2780.1155.97℃

（4—41）

设定进水温度t5in=18℃，温差控制在5℃左右，出水t5out=23℃，则平均水温

t5m=20.5℃,由此温度,查表得Cp4.181KJ/KgC,=998.2Kg/m3.

V

QCpt5outt5in3定模所需冷却水体积流量

4924.181998.223184（4—42）

0.016m/h2.710m/min3冷却水管的平均流速：

4  4V4 2.710v平均5.3722d0.008m/min

（4—43）

式中 V—凹模的冷却水体积流量； d—冷却水管直径，取d=8 mm

从表查得的资料表明，管径为8的冷却水管所对应的最低流速为1.66 m/s

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时才能达到湍流状态，但是由于体积流量V没有在表的取值范围内，所以造成了V平均偏小，如果要达到湍流状态，可以增大体积流量和减小冷却水管直径，但是，冷却的目的就是为了让制品快速冷却，提高生产率，同时改变制品的力学性能，为了达到湍流而增大体积流量是没有意义的，因为在V平均较小，既层流时就可以达到冷却效果。

（5）冷却水孔总长L （4-44）

 4

V2.710L1.35m d20.0082（7）冷却水流动状态校核

V平均d （4-45） Re

0.240.008 6110 =1920 ＜104

62式中 Re—雷诺数； —水的运动粘度，； =1×10（m/s）

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5数控加工编程

0001

N01 G50 X150.0 Z200.0 S800 M03 T0101； N03 G00 X55.0 Z0； N04 G01 X0 F0.3； N05 G00 X50.0 Z2.0 ； N06 G01 Z-72.0 F0.3； N07 G00 X52.0 Z2.0； N08 X40.0； N09 G01 X-45.0 Y0 I65； N10 G02 X50 W-5.0 R5.0； N11 G00 X52.0 Z2.0； N12 G00 X34.0；

N13 G01 X40.0 Z-2.0 F0.3； N14 G00 X150.0 Z200.0 M09 N15 M05； N16 M02；

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6结论

本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状，随着经济的发展，塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势。其次介绍了注塑件的一般设计原则，对塑件的特征如倒圆角、脱模斜度等做了说明，从实际来看，几乎所有的注塑件都遵循这些原则。在做好注塑成型的准备工作之后，接着介绍了模具设计的内容，冷流道注塑模具无外乎包括四大系统：浇注系统、温度调节系统、顶出系统和机构系统。在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状，确定浇口尺寸，对流道剪切速率进行校核；温度调节系统说明了设计的一般步骤，确定冷却时间，计算体积流量等；顶出系统着重说明了推杆，，并进行强度校核；该模具属于简单脱模机构，无滑块抽芯机构，也无开模先后顺序的要求，做完这些工作之后，该模具的设计到此结束。

在设计的过程中发现经验公式有不一致的地方，不同公式的计算结果有的相差很大，特别是在温度调节与脱模力的计算这两块。在完成图纸之后发现塑件的设计有的地方是不合理的，比如说壁厚，虽然有经验可循，但从实际中看显然本设计的塑件壁厚过大，从这里可以知道，注塑件的设计与模具设计关系密切，好的塑件结构可以简化模具结构，降低生产成本。

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参考文献

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[15]大连理工大学工程画教研室编著．机械制图（第四版）[M]．高等教育出版社，2002．

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致谢

经过三个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的轻松，设计过程中遇到许多的问题，在众多师友的帮助下予以解决。首先要感谢老师对我的指导和督促,并给我指出了正确的设计方向，使我加深了对知识的理解，同时也避免了在设计过程中少走弯路。由于老师的督促使我一直把毕业设计放在心理，保证了按质按量的完成；还要感谢宿舍同学，是大家营造了良好的学习环境，在做设计的过程中互帮互助，使我的CAD操作水平比以前有了很大提高，同时较全面的掌握了Word的编辑功能，大学生活至此划上了的句号。在机械学院这块土地上有众多莘莘学子辛勤的耕耘，在这块土地上我健康快乐的成长，我永远不会忘记可敬的老师和可亲的同学，我永远记得这片土地。

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