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目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。
江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。
第1章塑料材料选择性能及工艺分析
1.1塑料选择性能
1.1.1零件
图1-1零件图
1.1.2PE材料分析
聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。
按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。
低压聚乙烯的分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高，所以低压聚乙烯比较硬，耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。
高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子质量较小，结晶度和密度较低，且具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性。
聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。
密度为0.91~0.96g/cm
，为结晶型塑料。
聚乙烯有一定的机械强度，但与其他塑料相比其机械强度低，表面硬度差。
聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。
聚乙烯有高度的耐水性，长期接触水其性能保持不变。
聚乙烯透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。
聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。
一般高压聚乙烯的使用温度在
左右，低压聚乙烯为
左右。
聚乙烯能耐寒，在
时仍有较好的力学性能，
时仍有一定的柔软性。
低压聚乙烯可用于制造塑料管、塑料板、塑料绳以及承载力不高的零件，如齿轮、轴承等高压聚乙烯常用于制作塑料薄膜、软管、塑料瓶以及电气工业的绝缘零件和包覆电缆等。
1.2塑件工艺分析
1.2.1材料成型及性能分析
聚乙烯成型时，在流动方向与垂直方向上的收缩差异很大。
注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形，并使塑件浇口周围部位的脆性增加；
聚乙烯收缩率的绝对值较大，成型收缩率也较大，易产生缩孔；
冷却速度慢，必须充分冷却，且冷却速度要均匀；
质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。
综上所述：
PE流动性好，收缩率范围大，方向性明显，冷却速度快，因此在成型时需要控制好，成型温度，压力等。
1.2.2成型工艺参数确定
查有关手册得到PE塑料的成形工艺参数如下：
表1-1PE塑料的成形工艺参数
材料
聚乙烯
熔料温度
喂料区
料筒温度
前段
模具温度
中段
注塑压力
喷嘴
背压
收缩率
0.3%
0.6%
回收率
可达到100%
往返利用率
35%和65%
计量行程
1.2.3塑料成型工艺分析
该塑件是胶带用塑料芯塑件，如图1-1所示，材料为PE，成型工艺性较好，可以注射成型。
塑件精度要求为一般精度。
塑件部分参数见表1-1。
表1-2塑件工艺分析
塑件高度H（mm）
9
塑件内径（mm）
26
侧壁厚（mm）
1
第2章注塑机的选择
2.1注塑机的初选
2.1.1计算塑件的体积
估计塑件的三维模型，运用体积公式可求得塑件的体积
；
其中浇注系统凝料的体积
2.1.2计算塑件的质量
查相关手册得PE的密度为
则塑件的质量为：
g
浇注系统凝料的质量为：
塑料和浇注系统的总质量为：
2.2选用注塑机
2.2.1注射机的初选
根据总体积
，考虑到设计为2腔，加上浇注系统的冷凝料，查阅塑料膜设计手册的国产注射机技术规范及特性，可以选择SZ-30/250型螺杆式注塑机，其主要参数如下表所示：
表2-1SZ-30/250型螺杆式注塑机主要技术参数
理论注射量/
35
锁摸力/KN
250
螺杆直径/mm
44
拉杆内间距/mm
235
注射压力/MPa
185
移模行程/mm
280
注射速率/（g/s）
110
最大模厚/mm
360
塑化能力/（g/s）
10.5
最小模厚/mm
170
螺杆转速/（r/min）
10~150
定位孔直径/mm
120
喷嘴球半径/mm
10
喷嘴孔直径/mm
4
锁摸方式
液压
2.2.2注塑量的校核
注塑量的校核公式为0.8
式中，
：
注塑机的公称注射量。
每模的塑料体积，是所有型腔的塑料加上浇注系统的总和。
如前所述，塑件及浇注系统的总体积为
，小于注射机的理论注射量，故满足要求。
2.2.3模具闭合高度的校核
模具闭合高度的校核公式为Hmin<
H<
Hmax，H为模具闭合时的高度。
H=180mm,而注射成型机的最大模具厚度为180mm，最小模具厚度为120mm，满足上面公式的安装要求。
2.2.4模具安装部分的校核
模具的外形尺寸为250mm×
250mm，而注射成型机的拉杆内间距为235mm，故能满足安装要求。
浇口套的球面半径为SR1=SR+2mm=12mm.满足要求。
浇口套小端直径R1=R+2mm=4mm.满足要求。
2.2.5模具开模行程的校核
模具开模行程的公式为H3=H1+H2+a<
H4
式中，H3——模具的开模行程，mm
H4——注射成型机移模行程，mm
H1——塑件的推出距离，mm
H2——包括流道凝料在内的制品的高度，mm
a——侧抽芯在开模方向的距离，mm
代入数据得：
H3=30mm+40mm+0mm=70mm<
160mm.满足要求。
2.2.6锁模力的校核
锁模力的校核公式为F>
KAPm
式中，F——注塑机的额定锁模力，kN
A——制件和流道在分型面上的投影面积之和，cm2
Pm——型腔的平均压力，MPa
K——安全系数，通常取K=1.1～1.2
将数据代入公式得：
KAPm=1.1×
28×
25.6kN=78.85kN
F=250kN
2.2.7注射压力的校核
注射压力的校核公式为：
Pmax>
K'
P0
式中，Pmax——注射机的额定注射压力，MPa
P0——注射成型时所需的注射压力，MPa
K'
——安全系数
P0=1.3×
80MPa=104MPa<
185MPa.
结论，选取SZ-30/250型螺杆式注射成型机安全符合本模具的使用要求。
2.3成型工艺参数
查阅相关资料知：
预热
温度
时间
80-85℃
2-3h
料筒温度
后段
中段
前段
150-170℃
165-180℃
180-220℃
模具温度
50-60℃
注射压力
70-80MPa
成型时间
注射
保压
冷却
开模
总周期
3s
10s
15s
31s
螺杆转速
170-180r/min
压缩比
1.8-2.0
第3章浇注系统的设计
3.1主流道的设计
主流道是指连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔体通道，是熔体注入模具最先经过的一段流道。
其形状，大小会直接影响到熔体的流动速度和注射时间。
垂直式主流道的设计：
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的的柱型流动通道。
如下图3-1
图3-1主流道设计
3.1.1主流道尺寸的计算
在卧式注射机用模具中，主流道垂直于分型面，为便于流道凝料拨出，设计成具有2～4°
（此处取ɑ=3°
）锥角的圆锥形，内壁有Ra=0.4µ
m以下的粗糙度，在内壁研磨和抛光时应注意抛光方向，不形成垂直于脱模方向的划痕，否则会发生脱出困难而造成成型中断。
主流道与喷嘴接触处多作成半球形的凹坑，二者应严密的配合，避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径R2应比喷嘴头半径R1大1～2㎜（此处取为2㎜）。
主流道小端直径应比注塑机喷嘴孔直径约大0.5～1㎜（此处取1㎜）。
根据所选注射机，则主流道小端尺寸为：
d=注射机喷嘴孔直径+1=4+1=5㎜
凹坑球半径为：
R2=喷嘴头半径R1+2=10+2=12㎜
球面配合高度3~5mm,此处取3mm.
主流道长度L，一般按模板厚度确定，但为减小冲模时压力降和减小物料损耗，以短为好，小模具控制在50㎜以内，取L=40㎜。
主流道末端有较大的圆角，其半径r约为1/8D,其中
D=6㎜
r=1/8D=6/8=0.75㎜
3.1.2主流道衬套的形式
由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，属易损件，对材料要求较严，所以设计成独立的主流道衬套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，热处理硬度为50HRC~55HRC，如图3-2所示
图3-2主流道衬套
3.1.3主流道冷料井的设计
由于注塑机喷嘴与冷模具接触降温，致使喷嘴前端常存有一段低温料，为除尽这段冷料，在主流道对面一般设有冷料井，使冷料不进入分流道和型腔。
卧式注塑机用模具的冷料井设在与主流道末端相对的动模上，冷料井的底部或四周常作成曲折的钩形或侧向凹槽，使冷料井在分模时能将主流道凝料从主流道中拉出留在动模上。
本模具采用无拉料杆的冷料井，如图3-3所示
图3-3冷料井设计
3.1.4主流道凝料体积
3.2分流道的设计
3.2.1分流道的布置形式
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关。
分流道在分型面上的布置有多种不同的形式，但应遵循两方面的原则，一是尽量保证各型腔同时充满，并均衡地补料，以保证同模各塑件的性能，尺寸尽可能一致;
二是尽量缩短流道长度，降低浇注系统凝料质量。
因此，该模具的流道布置采用平衡式。
所谓平衡式的布置是指以主流道为中心，型腔均匀地排布在主流道两侧或四周，分流道呈辐射状布置。
3.2.2分流道的长度
本注射模具有三级分流道，分流道应尽量在流道内的压力损失，并均衡的补料，以保证同模各塑件的性能、尺寸尽可能一致，在满足以上要求的情况下，尽量缩短流道长度，降低浇注系统凝料质量。
根据模板尺寸及塑件外形尺寸，大致选定分流道长度。
分流道单向长度：
=23mm，
=23mm
分流道总长度为：
L=
=46mm
3.2.3分流道的形状及尺寸
为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面定模一侧，截面形状采用加工工艺性较好，且塑料熔体的热量损失，流道阻力均不大的梯形截面。
梯形斜角通常取为5°
~10°
，此处取6°
底部圆角R=0.5mm。
根据梯形分流道断面尺寸比例：
;
，则
h=2;
x=2.25
3.2.4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，只有中心部位的塑料熔体的流动状态比较理想。
因此，分流道内表面粗糙度Ra要求并不很低，一般取0.63um~1.6um，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力，避免熔体表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。
此处Ra取0.8um。
3.2.5分流道凝料体积的计算
分流道长度：
L=46mm
分流道截面积：
A=（3+2.25）×
2／2=5.25mm²
凝料体积：
=5.25×
46=885.123mm³
3.2.6分流道冷料井的设计
当分流道较长时，可将分流道端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料井，以便贮存前锋冷料。
通常，在分流道端部加长4mm作为分流道冷料井。
3.3浇口的设计
浇口是浇注系统的关键部位，直接与塑件相连，把塑料熔体引入型腔，其形状和尺寸对塑件质量影响很大。
3.3.1浇口形状的确定
点浇口是一种尺寸很小的浇口，物料通过时有很高的剪切速率。
这对于降低假塑性流体的表观粘度是有益的，熔体粘度在高速剪切力场中减小后，将在一段时间内继续保持该粘度进入型腔，尽管这时型腔中的剪切速率已经很低。
点浇口在开模时容易实现自动切断，制件上残留的浇口痕迹很小，故被广泛采用。
高抗冲击性聚苯乙烯熔体对剪切速率有较大的敏感性，而且粘度较低。
因此，本模具采用点浇口。
3.3.2浇口尺寸的确定
浇口台阶长度最好为0.5~1.2mm，因此，可取为0.5mm
点浇口的直径常见为0.4~2mm，此处可取为0.5mm
如下图所示：
图3-6浇口尺寸图
3.3.3浇口位置的确定
模具设计时，浇口位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此要合理选择浇口的开设位置。
通常，要考虑以下几项原则：
（1）浇口应开设在塑件壁厚最大处，使熔体从后壁流向薄壁，并保持浇口至型腔各处的流程基本一致。
（2）在选择浇口位置时，应考虑到塑件尺寸的要求，因为塑件经浇口充填型腔时，在流动方向与垂直于流动方向的收缩不尽相同，所以，要考虑到变形和收缩的方向性。
（3）应有利于冲充模流动,排气和补料。
（4）减少熔接痕，增加熔接牢固。
（5）浇口位置应满足最大流动比
基于以上考虑，本模具浇口位置如下图所示：
图3-7浇口位置图
3.4浇注系统的平衡
对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注系统显然是平衡的。
第4章成型零部件的结构设计与尺寸
4.1型腔分型面位置和形状的设计
模具上用来取出或浇注系统凝料可分离的接触表面称为分型面。
在模具的设计初始阶段，首先应确定分型面的位置，然后才能确定模具的结构形式。
分型面的形状分为平直分型面，也可以为倾斜分型面，曲面分型面，阶梯分型面或瓣状分型面。
为了便于看清楚模具的工作过程，应标出模具分型的先后顺序。
分型面的选择应注意以下几点：
（1）分型面应选在塑件的最大截面处。
（2）不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件。
（3）有利于保证塑件的精度要求。
（4）有助于浇注系统，排气系统，冷却系统的设置。
4.2成型零件的结构设计
4.2.1凹模（型腔）
塑件圆周上均匀分布着防滑直纹，若凹模制成整体形式，则直纹用机械加工方法很困难（没有退刀位置），若制造一个电极来加工防滑直纹，成本也比较高。
整体模板都要用价格昂贵的模具钢，维修也不方便。
因此，塑件采用整体嵌入式凹模，上述存在的问题就能够很方便的解决，如下图所示;
嵌件外径尺寸按经验，取52㎜（壁厚5㎜）。
图4-1型腔配合图
4.2.2型芯
型芯是一个带有螺纹型环的台阶式型芯。
对于台阶分型面，一般要求台阶分型面的插穿面倾斜角度为3°
~5°
最少1.5°
，否则模具制造困难。
在本模具中，根据经验值，对于H段，斜度取2°
。
本模具采用整体式，下面加工成台阶平面，以便扳手将其从塑件上取下来。
其与型芯的配合简图如下所示
图4-2型芯配合图
4.3成型零件尺寸的校核
塑件公差尺寸按GB/T14486---1993中的一般精度等级（PE-HD为MT5）选取。
（1）型腔径向尺寸
外型腔：
=[44+44
0.0325-
0.54]=
内型腔：
=[28+28
——塑件的平均收缩率s=0.004
Δ——塑件公差值（查塑件公差表，取0.54）
——制造公差（查模具成型零件的制造公差表，取0.1）
——塑件基本尺寸
（2）型芯径向尺寸
外型芯：
=[42+42
0.0325+
内型芯：
=[26+26
（3）型腔深度尺寸
=[5+5
Δ——塑件公差，查塑件公差表
系数
——修正系数
（4）型芯高度尺寸
=[4.5+4.5
4.4模架的确定
根据型腔的布局可看出，型腔嵌件分布尺寸为65×
65，又根据型腔侧壁最小厚度为5mm，再考虑到导柱、导套及连接螺钉布置应占的位置等方面问题，选用模架序号8（250×
250）,模架结构为A4的形式。
各模板尺寸的确定：
（1）A板尺寸
A板为定模型腔板，塑件高度为9mm，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定的距离，因此A板的厚度取20mm。
（2）B板尺寸
B板是凸模（型芯）固定板，凸模的成型部分直径为φ26,φ44，因此B板的厚度取20mm。
（3）C垫块尺寸
垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5~10）
=9+20+16+（5~10）=50~55，选C=50。
上述尺寸确定之后，就可以确定模架序号为8号，板面为250×
250，模架结构形式为A4的标准模架。
从选定模架可知，模架外形尺寸：
宽×
长×
高=250×
250×
200
模具平面尺寸250×
模具高度：
179<
200<
360合格；
模具开模所需行程=20（型芯高度）+9（塑件高度）+（5~10）=（34~39）<
280（注射机开模行程），合格；
其它各项参数在前面校核均合格，所以本模具所选注射机完全满足要求。
第5章温度调节系统的计算
5.1加热系统
由于该套模具的模温要求在60℃以下，又属于中小型模具，所以无需设置加热系统。
5.2冷却系统
5.2.1冷却系统设计原则
冷却系统设计原则
（1）冷却水通道的设置
（2）冷却水孔的位置
（3）水孔与相邻型腔表面距离相等
（4）采用并流流向，加强交口处的冷却
该塑件的原料为聚乙烯（PE），在前面塑料的工艺性分析时已经指出：
聚乙烯冷却时应保证冷却均匀、稳定、速度慢且充分冷却。
针对该塑件采用加平行水道，以达到塑件的稳定充分冷却。
如图所
5-1侧浇口冷却系统
5.2.2冷却水系统的计算
冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单计算，在单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量，模具温度设为35℃。
⑴却水的体积流量
（0.12597×
3.5×
10²
）／（10³
×
4.187×
2）＝0.0035（m³
／min）
式中
W—单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量（kg/min）,
按每分钟注射一次，即125.97g/min=0.12597㎏/min
—单位质量的塑件在凝固时所放出的热量,HDPE为3.5×
kj/kg
ρ—冷却水的密度（1000kg/m³
）
—冷却水的比热容（4.187kj/（kg·
℃））
—冷却水出口温度（取27℃）,
—冷却水入口温度（取25℃）
（2）冷却管道直径
为使冷却水处于湍流状态，查资料取d=8mm
（3）冷却水在管道内的流速
由式：
V=
=1.76m/s
大于最低流速1.66m/s，达到湍流状态，故所选管径合适。
（4）冷却管道孔壁与冷却水之间的传热系数
查参考文献，取f=7.22（水温为30℃）,因此
h=
=3.6×
7.22×
=26954.5kj/（㎡·
h·
℃）
（5）冷却管道的总传热面积
A=
=
=10904.6㎜²
（6）模具上应开设的冷却水孔数
n=
=1.378
从计算结果可看出，所需冷却水道需要两条。
第六章排气和导向系统的设置
6.1排气系统的设置
塑件成型型腔体积较小，约为4.2978
，采用的是点浇口，从制件侧壁进料，塑料熔体先充满制件外围，然后充满制件內围，这样型腔不会产生憋气现象，气体会沿着分型面与型芯间的轴向间隙排除。
故本模具不需再额外开设排气槽。
6.2合模导向机构的设计
因本模具采用采用标准模架A4，标准模架本身带有导向装置。
因此，设计人员只需按模架规格选用即可。
本模具导柱及导
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