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4.2浇注系统的设计6
4.2.1主流道和定位圈的设计6
4.2.2分流道的设计7
4.2.3浇口的设计8
4.2.4冷料穴的设计8
4.3排气系统的设计8
5模具设计方案论证9
5.1成型零件的成型尺寸9
5.2.成型零件的结构确定9
5.2.1型腔设计9
5.2.2型芯设计9
5.3导向定位机构设计9
5.4推出机构设计9
6主要零部件的设计计算9
6.1成型零件的成型尺寸10
6.2.模具型腔壁厚的确定10
6.3推出机构的设计10
6.4标准模架的确定10
7成型设备的校核计算11
7.1锁模力的校核11
7.2安装尺寸的校核11
7.3开模行程的校核12
8装配图12
结尾15
参考文献16
1前言
塑料工业是一个新兴工业，又是一个综合性很强的工业体系。
它是由树脂、助剂、塑料成型加工设备、塑料模具、制品加工及应用、塑料回收利用等环节所组成的整体。
塑料成型加工设备行业又称塑料机械行业，是塑料工业体系中的一个重要组成部分，是为塑料加工行业提供技术装备的行业。
塑料成型加工设备是将各类塑料加工成各种形状与不同用途的塑料制品的技术装备。
近几年来，随着塑料工业的飞速发展，塑料制品的应用领域的不断扩展，塑料成型加工设备已经逐步渗透到国民经济的各个行业，成为我国工业的重要组成部分，在国民经济中起着越来越重要的作用。
在任何一种塑料制品或型材的生产中，塑料成型都是必不可少的。
塑料成型是将各种形态（粉料、粒料、溶液和分散体）的塑料制成所需形状的制品或坯件的过程。
完成这一过程所需的设备称之为塑料成型设备。
由此可见，塑料成型设备主要是为塑料制品加工服务的。
塑料从原料到成型制品的工艺过程繁多，决定了塑料成型设备种类的多样性。
同时，塑料是高分子合成材料，而高分子材料在成型加工中具有许多独特的性能，因而塑料成型设备与普通的机械设备相比，又具有许多的特殊性和复杂性。
由于塑料成型是以挤塑、注塑和压延三大成型技术为主，因此，挤塑成型设备、注塑成型设备和塑料压延成型设备亦称为三大成型设备。
具体包括：
切胶机、密闭式炼胶机、开放式炼胶机、胶片冷却装置、橡胶压延机、橡胶挤出机、裁断机、一般硫化机、橡胶注射机、成型机、轮胎机械、胶管机械、橡胶检验机、其他橡胶机械；
塑料机械包括：
捏合机、混合机、炼塑机、塑料压延机、塑料挤出机、塑料注射成型机、吹塑中空成型机等等。
工业生产的迅速发展、人们生活水平的日益提高，对塑料制品的材料、性能、外观等都提出了更高的要求。
目前我国塑料制品的设计、生产情况与发达国家相比还有很大差距。
塑料制品的大量使用，使塑料成型加工工业迅速发展，从事塑料加工的工程设计人员、产品开发人员、生产管理人员不断增多。
塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和模塑生产等几个主要方面，它需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。
传统的手工设计、制造已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。
2设计参数
设计参数如图1所示：
图1塑件设计基本参数
3塑件的结构工艺性分析
3.1塑件成型特性
3.1.1、本次设计采用的材料
聚苯乙烯（PS）。
PS是一种无色、透明、有光泽、无毒无味，密度为1.054g/cm³
的材料。
是目前产量最大，应用最广的工程塑料。
具有良好的化学稳定性，能耐碱、硫酸、磷酸、10%～30%的盐酸、稀醋酸及其他有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用，对水、乙醇、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的抗腐蚀能力。
它的耐热性低，只能在不高的温度下使用，热变形温度为65℃～96℃，质地硬而脆，塑件由于内应力而开裂。
聚苯乙烯的透明性很好，透光率很高，光学性能仅次于有机玻璃。
它的着色能力优良，能染成各种鲜艳的色彩。
3.1.2聚苯乙烯的成型特性[3]
（1）性脆易裂，易出现裂纹，因此成型塑件脱模斜度不宜过大，顶出要复力均匀；
（2）热膨胀系数大，塑件中不宜有嵌件，否则会因两者热胀系数相差太大而导致开裂；
（3）流动性好，应注意模具间隙，防止成型飞边，且模具设计中应采用点浇口形式；
（4）应采用高料温、高模温、低注射压力成形并延长注射时间，模具温度控制在20℃～60℃；
（5）流动性较好，溢边值为0.03mm左右。
3.2塑件的结构工艺性分析
3.2.1塑件的尺寸精度分析
该塑件需标注公差的尺寸有4×
Φ6属于一般精度要求，其他尺寸均为未标注公差的为自由尺寸，可按MT5查取有关尺寸公差。
如表1所列为塑件主要尺寸的公差要求。
表1塑件主要尺寸的公差要求
部位
塑件标注尺寸
塑件尺寸公差
外形尺寸
Φ34
Φ30
24
7
内形尺寸
Φ20
Φ6
17
孔尺寸
孔间距尺寸
12
3.2.2塑件的表面质量分析
该塑件要求外观光洁、色彩艳丽，不允许有成形斑点、缩水和和熔接痕，塑件表面粗糙度Ra为1.6μm。
3.2.3塑件的结构工艺性分析
（1）从图纸上看，该塑件的外形为回转体，顶面上还均匀分布着4个一样的小圆孔，该处设计脱模容易，可直接将四个小型芯设于定模上，圆角过渡且无尖角存在，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求；
（2）由于该塑件无侧孔和内凸，所以不用考虑侧向分型抽芯装置；
（3）为使塑件顺利脱模，在塑件内部处增设1°
～2°
的拔模斜度。
综合来看，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。
在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的，所以，该塑件可采用注射成型加工。
3.2.4.塑件的生产批量分析
塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。
在大批量生产中，由于注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具；
如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。
因为该塑件的产量要求达80万件，所以可定该塑件的生产类型是大批量生产。
因此，在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动化脱模模具，以便降低生产成本。
3.2.5.初选注射机[2]
（1）计算塑件体积和重量：
通过计算塑件的体积V=18cm³
。
塑件的质量计算查有关手册取聚苯乙烯的密度为ρ=1.054g/cm³
所以塑件的质量M=V×
ρ=18×
1.054g/cm³
=19g。
（2）确定型腔数量
由于塑件的内孔有尺寸精度要求，不宜采用太多型腔数目，而该塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生存率，决定采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。
（3）确定注射成型的工艺参数[5]
根据该塑件的结构特点和PS的成型性能，查有关资料初步确定该塑件的注射成型工艺参数，如表2所示。
表2塑件的注射成型工艺参数
工艺参数
内容
预热和干燥
温度60～75℃
成型时间/s
注射时间
0～3
时间2h
保压时间
15～40
料筒温度/℃
后段
140～160
冷却时间
15～30
中段
总周期
40～90
前段
170～190
螺杆转速/（r/min）
喷嘴温度/℃
160～170
后处理
方法
红外线灯烘箱
模具温度/℃
32～65
温度/℃
70
注射压力/MPa
600～1100
时间/h
2～4
（4）确定模具温度及冷却方式
虽然塑件体积、壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上聚苯乙烯比热容大、冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成型周期，提高生存率。
（5）确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：
W=2w+w废料=2×
19+19×
50%=47.5g。
根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册和现有设备，初选XS-Z-60型柱塞式注射机。
记录下XS-Z-60型柱塞式注射机的主要技术参数，见下表3所示。
表3XS-Z-60型注射机的主要技术参数
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
最大注射量/cm³
60
2
122
3
锁模力/kN
500
4
动、定模模板最大安装尺寸/（mm×
mm）
330×
440
5
最大模具厚度/mm
200
6
最小模具厚度/mm
最大开模行程/mm
180
8
喷嘴前端球面半径/mm
9
喷嘴孔直径/mm
10
定位圈直径/mm
125
4分型面及浇注系统的设计
4.1分型面的选择
为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选择在塑件外形的最大轮廓处。
如下图所示，在以下三个方案中，方案A的塑件开模后会留在定模一侧，塑件不易取出，顶出机构设计复杂；
方案B所示的分型面分型，则塑件分别由两个模板成型，由于合模误差会较大，会使塑件产生一定的同轴度误差，且飞边不易清除，而且此分型面也不利于浇注口注射；
方案C不但能保证塑件取出方便，且毛刺飞边的清除也更为容易，而且，还有利于浇注系统、排气系统等，因此，选择方案C。
ABC
图2分型面的三种方案
4.2浇注系统的设计[1]
浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。
考虑到塑件的外观要求较高，以及一模两腔的布置、PS对剪切速率较为敏感等因素，浇口采用放便加工修整、凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口，模具采用单分型面结构两板模，模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。
浇注系统的设计如图3所示：
图3浇注系统的设计
4.2.1主流道和定位圈的设计
主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高硬度，定位圈与浇口套分开设计，如图3所示。
查资料得到XS-Z-60型注射机与喷嘴的有关尺寸：
喷嘴前端球面半径SRO=12mm，喷嘴孔直径do=4mm，定位圈直径为Φ125mm。
为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料主流道与喷嘴的关系为：
SR=SRO+（1～2）,d=do+0.5。
因此取主流道球面半径SR=14mm（取标准值），主流道的小端直径d=4.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°
～4°
，计算其大端直径约为Φ10mm；
为避免模内的高压塑料产生过大，取D=25mm；
同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R2的圆弧过渡；
为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计得比模板厚度短0.02mm；
浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些，取R=3mm，以免淬火开裂和应力集中。
主流道的长度L一般控制在60mm之内，可取L=57mm。
定位圈是安装模具时做定位用的，查资料得XS-Z-60型柱塞式注射机的定位圈直径为Φ125mm，一般定位圈高出定模座板表面5～10mm。
由于浇口套与定位圈均属于注射模具的通用件，所以设计者应尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。
4.2.2分流道的设计
本塑件采用U形断面的分流道，在一块模板上，切削加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大。
查有关经验表格得PS的分流道推荐直径为Φ3.5～10mm，取Φ8mm，分流道长度L=26mm，据此，该模具的分流道设计如图所示。
图4分流道的设计
4.2.3浇口的设计
根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图所示的侧浇口。
从塑件的底侧中部进料，去除凝料时不会在塑件的外壁留下浇口痕迹，不影响塑件的外观。
4.2.4冷料穴的设计
采用带Z形头拉料杆的冷料穴，如图5所示，将其设置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼起开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍做侧向移动便可取出凝料的作用。
图5带Z形头拉料杆的冷料穴
4.3排气系统的设计
该塑件结构简单又是采用一模两腔的形式，故采用分型面排气，如图6所示。
图6排气系统的设计
5模具设计方案论证
5.1型腔布置[4]
对于一模多件的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。
本模具采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧。
5.2成型零件的结构确定
成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响塑件的质量。
该塑件的材料为PS工程材料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理一使其具备50～55HRC的硬度。
5.2.1型腔设计
采用整体嵌入式凹模，放在定模板一侧，主要是从节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后的更换维修等方面考虑。
5.2.2型芯设计
型芯结构设计也应用组合式，可节省贵重模具钢，减少加工工作量。
成型塑件内壁的大型芯装在动模板上，成型4×
Φ6孔的小型芯装在定模板上，方便型芯的制作安装、塑件的飞边去除以及塑件内部冷却水道的排布。
5.3导向定位机构设计
由于塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后的定位。
导柱要比主型芯高出6～8mm。
5.4推出机构设计
根据盖塞的形状特点，其塑件里有4×
Φ6孔，所以不适用推杆推出，可采用推件板推出或推管推出。
其中推件板推出结构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高；
推管是一种空心推杆，故整个周边接触塑件，推出塑件的力量均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹，所以采用推管推出机构。
6主要零部件的设计计算
6.1成型零件的成型尺寸[6]
该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查资料书得PS的收缩率为0.5%～0.6%，故平均收缩率Scp=（0.5+0.6）%/2=0.55%，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δz=Δ/3，成型零件尺寸计算见下表4。
表4成型零件尺寸计算
类别
模具零件名称
塑件尺寸
计算公式
工作尺寸
型腔计算
型腔的径向尺寸
Φ30-29.40
Lm+
z=[（1+K）LZ-0.7Δ]+
z
30.212-30.118
Φ34-33.33
34.318-34.065
型芯的轴向尺寸
24-23.48
Hm+
z=[（1+K）HZ-0.7Δ]+
23.873-23.726
7-6.71
6.836-6.521
型芯计算
型芯的径向尺寸
Φ20.44-20
lm
=[（1+K）lz+0.7Δ]-
21.367-21.22
Φ6.24-6
6.241-6.178
17.38-17
hm
=[（1+K）hz+0.7Δ]-
16.874-16.462
6.863-6.594
6.2模具型腔壁厚的确定
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体嵌入式，因此采用经验数据法，依据直径Φ34mm查参考手册得该型腔侧壁厚厚度S为20mm和型腔底板厚度T为10mm。
6.3推出机构的设计
采用推管推出机构，由于该塑件的脱模力不是太大，推管的布置空间足够，所以无须用繁琐的计算方法确定推管的尺寸大小，可以根据经验选取d=4mm的国际推管，注意保证推出距离略大于型芯的突出长度2～3mm，即推出距离大于17mm，故而取22mm。
6.4标准模架的确定
综合考虑本塑件采用一模两腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查相关资料选取标准模板的尺寸为315mm×
400mm×
63mm，选用A2型标准模架，标记为：
A2-315400-32-Z1（GB/T12555-2006）。
7成型设备的校核计算
7.1锁模力的校核
锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。
注射机锁模力的校核关系为F≥kpA。
式中参数意义如下：
F---注射机锁模力，查参考设计手册得XS-Z-60型柱塞式注射机锁模力为500KN；
k---压力损耗系数，一般取1.1～1.2，取1.2；
P---型腔内熔体的压力，本塑件P=20Mpa；
本模具计算得：
A---塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和。
kpA=1.2×
20×
106×
1.803×
10-3=43272N=43.272KN<
F=500KN
故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。
7.2安装尺寸的校核
H1---定模座板20mmH2---定模板37mm
H3---动模板25mmH4---支撑板30mm
H5---垫块53mmH6---动模模座20mm
本模具采用的型号为A2-315400-32-Z1（GB/T12555-2006）的标准模架，模具的外形尺寸为：
400mm，模具闭合高度H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=185mm查资料得XS-Z-60型注射机动、定模模板最大安装尺寸为330mm×
440mm，允许模具的最小厚度Hmin=70mm,最大厚度Hmax=200mm，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件，故该模具满足XS-Z-60型柱塞式注射机的安装要求。
7.3开模行程的校核
注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，本模具为单分型面注射模具，XS-Z-60型柱塞式注射机的最大开模行程与模厚无关，校核关系为S>
H1+H2+（5～10）。
S---注射机的最大开模行程，查参考设计手册得XS-Z-60型柱塞式注射机的开模行程S=180mm；
H1---塑件脱模所需的推出距离，该塑件的脱模推出距离为22mm
H2---塑件的高度（不包括浇注系统高度），该塑件的高度为24mm；
计算得：
H1+H2+（5～10）=22+24+10=56mm<
S=180mm
以上分析证明，XS-Z-60型柱塞式注射机能满足要求，故可以采用。
8装配图
该模具的装配图如图7、图8，及表5所示。
图7模具装配图—主视图
图8模具装配图—左视图
表5模具装配图—明细表
名称
数量
材料
热处理
定模座板
Q235
正火183～235HB
定模固定板
45#
定模镶块
CrWMn
淬火回火50～55HRC
大型芯
P20
小型芯
内镶块
动模固定板
螺钉M16×
25
GB/T70.1外购
支撑板
11
垫块
推杆固定板
13
螺钉M10×
30
14
推板
15
动模座板
16
复位杆
T10A
拉料杆
18
推管
19
水堵M12
外购
20
圆柱销A8×
40
35#
GB/T119.1外购
21
螺钉M8×
其技术要求：
（1）合模后，分型面应紧密贴合，不得有缝隙。
（2）各模板的边缘均应倒角C2，安装面应光滑平整，不应有突出的螺钉头、毛刺和击伤的痕迹。
（3）在模具非工作表面上醒目的地方打上标记，在定、动模上分别设置吊装螺钉。
（4）模具安装部位的有关尺寸应符合所选用压铸机的相关对应尺寸，且，装拆方便，压室的安装孔径和深度必须严格检查。
结尾
通过三个月的实习，我系统地完成了该塑料模模具的设计。
在设计的过程中，通过查阅大量资料，分析制件的结构工艺性，初步确定注射方案，计算、分析比较从而确定最佳方案。
本着力求模具结构简单、模具零件易于加工和耐用等原则，我多次对模具的结构进行改动。
在查阅资料和反复思考分析的过程中，我对塑料模模具设计有了较深层次的认识和理解，也懂得了如何查阅自己所需的资料和如何将学到的知识应用到实际的设计中。
使我在很多方面都得到了不同程度的提高。
通过综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次塑料模具设计工作的实际训练，从而培养和提高了我的独立工作能力，巩固与扩充了塑料模具设计等课程所学的内容，掌握了塑料模具设计的方法和步骤，学会了塑料模模具设计的基本的模具技能，对分析零件的工艺性有进一步的体会，提高了在短时间内确定工艺方案的能力。
在设计中，由于是初次接触塑料模设计，理论知识不够充分，缺少实际生产经验，在设计中遇到了大量难题，通过在师傅和指导老师的精心指导下，及时解决了难题。
另外要感谢晶品五金塑胶模具制品有限公司的大力支持和指导老师的帮助指导【1】。
参考文献
[1]何冰强，高汉华主编.塑料模具设计指导与资料汇编.大连理工大学出版社，2
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