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4.4浇注系统的设计7
4.4.1浇口的设计8
五．排气、冷却系统的设计与计算ﻩ10
５.1排气系统的设计1０
5．2冷却系统的设计与计算ﻩ１0
六.模具工作零件的设计与计算11
6．1型芯与型腔的设计ﻩ1１
6．2型腔侧壁厚度和底板厚度的计算１3
七.脱模机构的设计与计算ﻩ14
7.1脱模力的计算ﻩ14
７.2推板的厚度14
7.3顶杆直径的计算15
八．注射机与模具各参数的校核ﻩ16
８.1工艺参数的校核16
九.模具的装配:
17
十.总结评价:
18
致谢ﻩ18
参考文献ﻩ19
附录:
19
一．引言
当今市场竞争日趋激烈,批量生产使得模具更换频繁，生产商必须具备警觉的观念以帮助提高生产力。
减少系统模具卸换所需的冗长时间,将有助于改善车间的效率,以及帮助降低成本。
ﻫ当讨论涉及到使用快速模具卸换的理由以及任务执行的时候，就涉及到许多不同的需要考虑的因素。
比如劳动力成本,机器成本，机器生产能力，减少停机时间以及安全和人体工程学等。
二．塑件的工艺性分析
2.1塑件的原材料分析
塑件的材料采用聚甲基丙烯酸
甲酯,属热塑性塑料,该塑料具有如下的成型特性：
无定形料、吸湿性大、不易分解。
质脆、表面硬度低。
性中等,溢边值0．０3mm左右,易发生填充不良、缩孔、凹痕、熔接痕等缺陷。
宜取高压注射,在不出现缺陷的条件下宜取高料温、模温，可增加流动性,降低内应力、方向性，改善透明度及强度。
模具浇注系统应对料流阻力小,脱模斜度应大，顶出均匀,表面粗糙度应好,注意排气。
质透明,要注意防止出现气泡、银丝、熔接痕及滞料分解、混入杂质。
2.2塑件的尺寸精度及表面质量分析
该零件的重要尺寸,如，３0．9±
0．０９mm的尺寸精度为3级,次重要尺寸３．7５±
0．０7mm的尺寸精度为4级，其它尺寸均无公差要求,一般可采用８级精度。
由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。
从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为4．5mm,最小处为2．25ｍm，壁厚差为2.25mm,较为均匀。
2.3塑件的注射工艺参数的确定
根据情况,聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。
注射温度:
包括料筒温度和喷嘴温度。
料筒温度:
后段温度t１选用180℃
中段温度t2选用2０0℃
前段温度t3选用2２0℃
喷嘴温度:
选用220℃
注射压力:
选用1０0ＭＰ
注射时间:
选用20ｓ
保压时间：
选用2s
保压:
80ＭP
冷却时间:
选用２8s
总周期：
5０s
三.合模导向机构的设计
3．1合模导向机构
导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分,因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置,所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可,通常导柱设在主型腔周围。
导向机构的主要作用有：
定位、导向和承受一定侧压力。
定位作用:
为避免装配时方位搞错而损坏模具,并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。
塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力,或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。
动定模合模时，首先导向机构接触,引导动定模正确闭合,避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。
由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力,导致导柱容易折断。
对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。
导柱、导套零件图如下图
（1）图
（2）所示:
图1导柱零件图
图２导套零件图
四.型腔数的确定及浇注系统的设计
4.1分型面的选择
该塑件为旋纽，表面质量无特殊要求，端部因与人手指接触因此形成自然圆角,此零件可采用下图（３）所示的分型面比较合适。
图3旋钮图零件图
４．2型腔数的确定
型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。
其公式如下：
n2=（Ｇ-C）/Ｖ
式中：
G——注射机的公称注射量/cm3
Ｖ——单个制品的体积/ｃm３
C——浇道和浇口的总体积/cm3
生产中每次实际注射量应为公称注射量G的（0.75－0.4５）倍，现取０.6G进行计算。
每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.2-1）倍,现取Ｃ=０.6V进行计算。
n２=0.６G/１．6V＝0.375Ｇ/V=（0.375×
60）／90132=2.46
由以上的计算可知,可采用一模两腔的模具结构。
４.3确定型腔的排列方式
本塑件在注射时采用一模两件,即模具需要两个型腔。
综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用下图（4）所示的型腔排列方式。
图4型腔排列图
4．4浇注系统的设计
主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位,它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔,其形状为圆锥形,便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。
主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。
塑件外表面不许有浇口痕,又考虑取料顺利,对塑件与浇注系统联接处能自动减断。
主流道的设计要点如下:
为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀,主流道设计成圆锥形。
在保证塑件成形良好的情况下,主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多,且增加压力损失,使塑料熔体降温过多影响注射成形。
为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径为r2=r1+（1~2）,其小端直径D=d+（0.５～1）,凹坑深度常取３~4mｍ。
由于主流道要与高温高压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衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。
所以根据设计手册查得ＳＺ－６０/4０型注射机喷嘴有关尺寸如下：
喷嘴前端孔径：
d0=φ3．5mm
喷嘴前端球面半径:
R0＝1５ｍm
为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径Ｄ应稍大于注射
喷嘴直径d。
Ｄ＝d+（0.5-1）mm=φ3.５＋1＝φ４.5mm
主流道的半锥角α通常为１°
-2°
过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气,过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大,此处的锥角选用2°
。
经换算得主流道大端直径D=φ8.５mｍ,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=５mｍ的圆弧过渡。
主流道的长度L一般控制在60ｍm之内,可取L＝5５mｍ。
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上,起分流和转向的作用。
分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和Ｕ形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小,流道的效率最高。
但加工困难,而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。
分流道设计要点:
（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。
（2）.分流道较长时,在分流道的末端应开设冷料井。
对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。
（３）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上,也可以同时开设在动,定模板上,合模后形成分流道截面形状。
（4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。
（５）所以根据一般分流道直径在3-10mm范围内,分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度由《中国模具设计大典》第2卷中图9.2－12所示的经验曲线来选定,经查取Ｄ＝5．６mm较为合适,分流道长度取Ｌ＝20mm从图9.2－１4中查得修正系数ｆＬ=1.０2,则分流道直径经修正后为D＝D’fL=5.6×
1.02=5.712,取D=6ｍm
４.４.1浇口的设计
浇口又称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。
其主要作用是:
型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结,防止其倒流。
易于在浇口切除浇注系统的凝料。
浇口截面积约为分流道截面积的0.0３~0．09，浇口的长度约为０．5mｍ~１．5mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定,取其下限值,然后在试模是逐步纠正。
当塑料熔体通过浇口时,剪切速率增高,同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低,提高了流动性能,有利于充型。
但浇口尺寸过小会使压力损失增大,凝料加快,补缩困难，甚至形成喷射现象,影响塑件质量。
浇口位置的选择：
浇口位置应使填充型腔的流程最短。
这样的结构使压力损失最小,易保证料流充满整个型腔,同时流动比的允许值随塑料熔体的性质,温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。
浇口设置应有利于排气和补塑。
浇口位置的选择要避免塑件变形。
采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔,在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理;
而设在厚壁处，有利于补缩,可避免缩孔、凹痕产生。
浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。
熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位,它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向,浇口数量多,产生熔接痕的机会很多。
流程不长时应尽量采用一个浇口,以减少熔接痕的数量。
对于大多数框形塑件,浇口位置使料流的流程过长,熔接处料温过低,熔接痕处强度低，会形成明显的接缝,如果浇口位置使料流的流程短,熔接处强度高。
为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽,是冷料进入溢溜槽。
筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。
浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。
因冲击细长型心或镶件，型心易变形镶件易脱落，造成塑件变形。
所以根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。
侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。
侧浇口的截面形状为矩形,其优点是截面形状简单,易于加工，便于试模后修正。
缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹，因为该制件无表面质量的特殊要求,又是中小型制品的一模两腔结构,所以可以采用侧浇口。
在侧浇口的三个尺寸中,以浇口的深度h最为重要。
它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。
浇口宽度W的大小对熔体的体积流量的直接的影响，浇口长度L在结构强度允许的条件下以短为好,一般选L＝0.5-1.５mm。
确定浇口深度和宽度的经验公式如下：
h=nt ①
W＝nA1/2／30②
式中：
h——侧浇口深度（mm）中小型制品常用h＝０．5－2mm,约为制品最大壁厚的1/3－2/３， 取１.5mm
t——制品的壁厚（mm） 3.3８mm
n——塑料材料的系数 查表得 0.8
W——浇口的宽度（ｍm）
A——型腔的表面积（mｍ2） 计算得2940mm2
将以上各数据代入公式得：
h＝1.5ｍm,Ｗ=1.５mm，L取0.5mｍ。
计算
后所得的侧浇口截面尺寸可用ｒ=6ｑ/（Wｈ2）≥104s-１作为初步校验。
制品的体积V=9.132cm3,设定充模时间为1ｓ,于是：
ﻩﻩq=９.132／1=9132ｍm３/s
r＝6q／Wh2=（６×
91３2）／（1.5×
1.５２）=1.6×
104>
104s－1
所以符合要求。
五．排气、冷却系统的设计与计算
5.1排气系统的设计
注意:
排气槽尽量设置在分型面上。
排气槽应位于型腔最后充模位置。
排气槽应制成曲线状,并逐渐变宽,且排气口不应正对操作工人,以防止熔料从排气槽喷出而引发人身事故。
５.2冷却系统的设计与计算
冷却系统设计的有关公式:
qV＝WQ1/ρc１（θ1-θ２） ①
式中：
qV——冷却水的体积流量（m３／miｎ）
Ｗ——单位时间内注入模具中的塑料重量（kg／min）
Q1——单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量（kJ／ｋg）
ρ——冷却水的密度（kg/m３） 0.98×
103
ｃ1——冷却水的比热容[ｋJ／（ｋg.℃）] 4.187
θ１——冷却水的出口温度（℃） 2５
θ2——冷却水的入口温度（℃） ２０
Ｑ1可表示为：
Ｑ1=[c2（θ３-θ4）+ｕ]
式中:
c2——塑料的比热容[kＪ/（kｇ.℃）］ 1.465
Q3——塑料熔体的初始温度（℃） ２０0
θ4——塑料制品在推出时的温度（℃） 60
u——结晶型塑料的熔化质量焓（kJ／kｇ）
Ｑ1=［c2（θ3-θ4）+ｕ]=1.465（200－6０）=205.１kJ/kｇ
将以上各数代入①式得：
qＶ=（0.013×
205．1）/［0．9８×
1０3×
4.１8７（25－２0）]m３/ｍin
=0.1３×
10－3m3／mｉn
上述计算的设定条件是:
模具的平均工作温度为40℃,用常温２０℃的水作为模具的冷却介质,其出口温度为25℃,产量为０.０１3kg/min。
由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小,故可不设冷却系统,依靠空冷的方式即可。
但为满足模具在不同温度条件下的使用,可在适当的位置布置直径d为8mｍ的管道来调节温度。
六.模具工作零件的设计与计算
6.1型芯与型腔的设计
凹模的结构采用整体嵌入式,这样有利于节省贵重金属材料。
型芯采用镶拼式结构,有利于加工和排气，如图（５）所示
图５型芯零件图
型腔如图（６）所示
图6型腔零件图
本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算,已给出这PMMA的成型收缩率为0.０05，模具的制造公差取ｚ=Δ/3,型腔型芯工作尺寸的计算见表1。
表１型腔型芯工作尺寸
类别
塑件尺寸
计算公式
模具尺寸
型
腔
计
算
型腔板
φ35.２5０-1.0
Lm=（Ls＋Ls．Scp%－3/４Δ）0+δｚ
φ3４.６80０.33
R7.5±
0.６４
R7.0600.21
19.2０±
0.44
Hm＝（Hs+Hs.Scp％－2/３Δ）0+δz
１8．7100.1５
推件板
φ3０.9±
0．0９
Lｍ＝（Ls+Lｓ.Ｓｃｐ%-3/4Δ）０+δz
φ30.８800.06
芯
主型芯
φ26．250０.96
Lm=（Ｌs＋Ls.Sｃｐ%+3/４Δ）0-δｚ
2７.1０0-0.32
R2．25±
0.24
R2．62０-0．16
17.25±
0．４8
Hm=（Hｓ+Hs．Scｐ%＋2/３Δ）０-δz
１7.9８０-０.32
小型芯
φ3.75±
0．07
Ｌm＝（Ｌｓ+Ls.Ｓcp%+3/4Δ）0－δz
φ3.870-0.0５
7.5±
0.３２
Ｈｍ=（Ｈｓ+Hｓ．Scp%+2/3Δ）0-δz
8.050－0.11
６.２型腔侧壁厚度和底板厚度的计算
1、型腔侧壁厚度的计算
根据圆形整体式型腔的侧壁厚度计算公式：
S≥０.9０[Pｒ４/E（δ）］1/3
S——侧壁厚度（ｍm）
P——型腔压力（Mpa） 4０
r——型腔半径（mm） １7.625
E——模具材料的弹性模量（MPａ） 2．１×
105
[δ]——刚度条件,即允许变形量（mm） 0．05
将以上各数代入式得:
S≥1.15[（４0×
19.8４）/（2.１×
10５×
0.０5）]1/3
=9.62ｍm
2、底板厚度的计算公式如下:
ｈｓ≥０.５6（Pｈ4/E[δ]）1/３
将各参数代入式中得:
hs≥4.68mm
型腔的厚度h腔hc+h=4．68+19.8=24.４8mm
S可取1０mｍs腔取３2mm
根据计算，型腔侧壁厚度应大于9.62ｍm，而型腔的直径为35-25mm。
根据浇注系统的条件及制件的大小,初选标准模架,依据《塑料注射模中小型模架及技术条件》（GB/Ｔ12556-９0）,根据模板的参数确定导柱、导套、垫块等的有关尺寸。
七.脱模机构的设计与计算
７.1脱模力的计算
此模具采用推件板脱模，因该制件的,属厚壁制品,厚壁制品脱模力受到材料向壁厚中性层冷却收缩的影响，可用弹性力学的有关厚壁圆筒的理论进行分析计算，公式如下：
Qc=[1．2５kfcaE（Tｆ-Tj）Ａｃ]/｛[（dｋ＋2t）2+dk2]/［（ｄk+2t）2-dk2]}
式中，对于圆筒制品中：
k——脱模斜度系数
k=（fcCｏsβ－Sinβ）／fｃ（1+fcＳｉnβCｏsβ）=0.92
fc——脱模系数,即在脱模温度下制品与型芯表面之间的静摩擦系数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响。
0.50
α——塑料的线膨胀系数（1/℃） 查表得:
６×
１０－５
μ——塑料的泊松比 0.40
Ｅ——在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量（ＭＰa） ３.1６×
Tf——软化温度（℃） 1０0
Tσ——脱模顶出时制品的温度（℃） 60
Ａc——制品包紧在型芯上的有效面积（mm2） 1422.５5
t——制品的厚度（mm） 3.38
将以上各数据代入公式得：
Qc=13７2.45Ｎ
７.2推板的厚度
筒形或圆形制品采用推件板脱模,推件板的受力状态可简化为圆环形平板周界受集中载荷的力学模型,最大挠度产生在板的中心。
按刚度条件和强度条件的计算公式如下，取大者为依据。
按刚度条件:
h=（C2ＱeR２/Eδｐ）1/3 ①
按强度条件：
h=（K2Ｑｅ/σp）１/2 ②
式中：
ｈ——推件板的厚度（mm）
C2——随Ｒ/ｒ值变化的系数 0.3500
R——推杆作用在推件板上的几何半径（mm） 61
r——推件板圆形内孔或型芯半径（mｍ） 13．125
Qe——脱模力（N） 13７2.4５
E——推杆材料的弹性模量（MＰa） 2.1×
105
Ｋ2——随Ｒ/r值变化的系数 1．7４5
σｐ——推件板材料的许用应力（MＰa） 61０
δｐ——推件板中心允许变形量（mｍ）,通常取制品尺寸公差的1/5－１/1０，
即δp=（1/5－1/１0）Δi 0.０８8
其中Δi——制品在被推出方向上的尺寸公差（mｍ） ０.88
将上述各数据代入①式得:
h=1.６9mm
将上述各数据代入②式得：
ｈ=1．98mm
所以推件板的厚度可取：
16ｍm
７.3顶杆直径的计算
推杆推顶推件板时应有足够的稳定性,其受力状态可简化为一端固定、一端铰支的压杆稳定性模型,根据压杆稳定公式推导推杆直径计算式为：
ｄ=K（l2Qｅ/nE）1／4 ①
推杆直径确定后,还应用下式进行强度校核：
σc=4Qe／nπd2≤σs ②
式中：
d——推杆直径（mm）
K——安全系数,通常取K=１．5－2
l——推杆的长度（ｍm） 92.5
Qｅ——脱模力（N） 1372.４5
E——推杆材料的弹性模量（MPａ） 2.1×
n——推杆根数 4
σc——推杆所受的压应力（ＭPa）
σs——推杆材料的屈服点（ＭPa） 360
将以上各数据代入①式得：
d=4.06ｍｍ 圆整取５mm
将以上各数据代入②式进行校核：
σc=4Ｑe／ｎπd2=17.47MPa≤σs=３６0MPa
所以此推杆符合要求。
顶杆的形式如图（7）所示：
图7顶杆零件图
八.注射机与模具各参数的校核
8.1工艺参数的校核
1、注射量的校核（按体积）
Ｖｍaｘ=αV
式中：
Vmaｘ——模具型腔流道的最大容积（cｍ３）
V——指定型号与规格注射机的注射量容积（cm３）
ρ——塑料的固态密度（g／cｍ3）
α——注射系数取0.75－0.８５,无定形料可取０.８5,结晶形可取0.75。
将以上各数代入①式得：
Vｍａx=αV =0.8５×
6０＝5１cm3
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