模具设计说明书Word文档下载推荐.docx
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一、塑料制件的工艺性分析
1.1塑件分析
（1）外形尺寸该塑件壁厚3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太大，适合于注射成型。
（2）精度等级每个尺寸的公差等级不一样，有的属于一般精度，未注尺寸公差按国标相关规定确定。
（3）脱模斜度PP属于一种半结晶性材料，它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。
成型收缩率较小，参考表2-10选择该塑件的型芯和凹模的统一脱模斜度为1°
。
1.2PP的性能分析
1.2.1使用性能
无毒、无味，密度小,强度、刚度、硬度、耐热性均优于低压聚乙烯,可在100℃左右使用。
具有良好的电性能和高频绝缘性，不受湿度影响。
但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件。
常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。
1.2.2成型性能
1）结晶料，湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解。
2）流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔、凹痕和变形。
3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低温高压时容易取向，模具温度低于50度时，
塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90度以上易发生翘曲变形。
4）塑料壁厚须均匀，避免缺胶，尖角，以防应力集中。
5）PP的主要性能指标其性能见表1-1。
表1-1PP的性能指标
密度/g·
cm-3
0.90~0.91
屈服强度/Mpa
37
比体积/cm3·
g-1
0.86~0.98
拉伸强度/Mpa
9.39~36.7
吸水率（%）
小于0.01
拉伸弹性模量/Mpa
1100~1600
熔点/。
℃
160~175
拉弯强度/Mpa
67
计算收缩率（%）
1.0~2.0
抗压强度/Mpa
56
比热容/J·
（kg·
K）
2800
弯曲弹性模量/Gpa
1.45
1.3PP的注射成型过程及工艺参数
1.3.1注射成型过程
1）成型前的准备。
对PP的色泽、粒度的均匀性等进行检查，由于PP不受湿度影响，如果储存适当则不需要干燥处理。
2）注射过程。
注件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
3）塑件的后处理。
处理的介质为空气和水，处理的温度为60～75℃，处理的时间为16～20s。
1.3.2注射工艺参数
1）注射机：
螺杆式。
2）料筒温度（℃）：
后段150～170；
中段165～180
前段180～200
3）喷嘴温度（℃）：
170～180
4）模具温度（℃）：
50～90
5）注射压力（Mpa）：
150～180
6）成型时间（s）：
34.4s注射时间取1.0s，冷却时间25.4s，辅助时间8s）。
二、拟定模具的结构形式
2.1分型面位置的确定
2.1.1分型面的选择原则
分型面除排位的影响外，还收时间的形状、外观、精度、浇口位置、滑块、推出机构、加工等多种因素的影响。
分型面的选择是否合理是塑件能否完好成型的先决条件，一般应该考虑一下问题：
1）符合塑件脱模的基本要求，就是是塑料容易从模具内取出，分型面应该设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。
2）分型面不影响产品外观质量，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。
3）确保塑件留在分型面一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观。
4）确保塑件质量，例如，将有同轴度要求的塑件放到分型面的同一侧。
5）满足模具的锁紧要求，将塑件投影面积大的方向放在定，动模方向上，而将投影面小的放在侧分型面上，另外，分型面是曲面的应该加斜面锁紧。
6）应尽量避免成侧孔，侧凹，若需要滑块成型，力求滑块结构简单，尽量避免定模滑块。
7）合理安排浇注系统，特别是浇口道。
8）有利于模具加工。
通过对塑件结构形式的分析和以上几点的考虑，分型面应该面应该在截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，其位置如下图1：
图1分型面图
2.2型腔数目和排列方式的确定
2.2.1型腔数目的确定
为了是模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和积极性，并保证模具的精度，模具设计时应该要确定模具型腔的数目，常用的方法有两大类：
一是按技术参数确定型腔数目，二是按经济性来确定型腔数目。
可根据注射机的最大注射量确定型腔数n
式中K——注射机的最大注射量的使用系数，一般取0.8；
mN——注射机允许的最大注射量；
m2——浇注系统所需塑料的质量或体积（g或cm³
）；
m1——单个塑件的质量或体积（g或cm³
）。
一模多腔的结构形式。
同时，考虑到塑件尺寸的大小关系，以及制该塑件采用的精度一般在2～3级之间，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。
同时，考虑到塑件尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步确定制造此塑件采用一模四腔。
2.2.2型腔排列形式的确定
多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。
由于该设计选择的是一模四腔，故采用直线对称排列，如下图2所示
图2型腔数目的排列布置图
2.2.3模具结构形式的确定
从上面的分析可知，模具设计为一模四腔，对称直线排列，根据塑件结构形状和外表无明显的进料痕迹和其他划伤痕，表面平整美观，推出机构采用脱模板推出的推出形式。
浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上面，因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板、脱模板。
由上综述分析可确定选用带脱模板的单分型面注射模。
2.3注射机型号的确定
2.3.1注射量的计算
注射体积：
通过计算得V塑=6.204cm2
注射质量：
m塑=V塑ρ=0.90×
6.204g=5.58g
式中，ρ的值参考表1-1可取0.90g/cm3
2.3.2浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以经验按照塑件体积的0.2～1倍来估算，由于本设计采用的流道设计简单并且较短，因此浇注系统的凝料按照0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和两个塑件体积之和）为
V总=V塑（1+0.2）×
4=6.204×
1.2×
4=29.78cm3
2.3.3选择注射机
根据第二步计算得出的一次模具型腔的塑料总质量V总=29.78cm3，并结合公式（4-18）则有：
V总/0.8=29.78/0.8=37.224cm3。
根据以上的计算，初步选定公称注射量为60cm3，注射机SZ-60/40立式注射机，主要技术参数及规格见《材料成型设备》169页。
下面是它的一些主要参数，如下表2-1：
表2-1注塑机的主要参数
理论注射容积（cm³
）
60
螺杆柱塞直径（mm）
30
注射压力（MPa）
150
移模行程（mm）
180
锁模力（kN）
400
拉杆内间距（mm）
295×
185
最小模具厚度（mm）
160
最大模具厚度（mm）
280
喷嘴口直径（mm）
Ф3.5
喷嘴球直径（mm）
15
2.3.4注射机的相关参数的校核
1）注射压力校核查表4-1可知，PP所需的注射压力为70～120Mpa，这里取P0=100Mpa，该注射压力机的公称注射压力P公=150Mpa注射压力安全系数K1=1.25～1.4，这里去K1=1.3，则：
K1P0=1.3×
100=130Mpa<
150Mpa,所以，注射机的注射压力合格。
2）锁模力的校核
注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：
塑料件在分型面上的投影面积
A塑=40×
50-2×
∏/4×
4.42=1969.60mm2
浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料的（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇的值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。
A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2～0.5倍。
本例流道设计简单，分流道相对较短，一次流道凝料的投影面积相对取较小值，这里取A浇=0.2A塑
塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积：
A总=n（1+0.2）A塑=4×
1969.60㎜2=9454mm2
模具型腔的胀型力F胀：
F胀=A总P模=9454×
30N=283620N=283.62KN
式中，P模是型腔的平均胀型力。
P模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%～40%，大致范围为25Mpa～40mpa，对于粘度大的塑料取值大些，PP属于低粘度的塑料及有精度要求的塑料，故取P模=30Mpa。
查表2-1可知该注射机的公称锁模力F锁=400KN，锁模力的安全系数k2=1.1～1.2这里取k2=1.2，则
k2×
F胀=1.2×
283.62KN=340KN<
F锁,所以，符合要求。
三、浇注系统的设计
3.1主流道的设计
浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。
浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。
浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。
该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
3.1.1浇注系统的设计原则
浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。
对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：
1）了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。
2）采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。
3）浇注系统的设计应有利于良好的排气。
4）防止型芯变形和嵌件位移。
5）便于修整浇口以保证塑件外观质量。
6）浇注系统应结合型腔布局同时考虑。
7）流动距离比和流动面积比的校核。
3.1.2主流道的设计
（1）主流道长度
主流道长度L，应尽量小于60mm，，由附录D可知，取
L=31.5mm进行设计
（2）主流道小端直径
主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）mm
d=（3.5+0.5）mm=4mm
（3）主流道锥度
主流道锥角一般应在2°
——6°
，取α=3°
，所以流道锥度为α/2=1.5°
（4）主流道大端直径
主流道大端直径d′=d+2L主tg（α/2）,式中（α=3°
d′=4+2×
31.5tg（3°
/2）mm≈6mm
（5）主流道的球面半径
主流道的球半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1～2）mm=（7.5+1.5）mm=9mm。
（6）球面配合高度
球面配合高度为3～5取h=3mm
3.1.3主流道的凝料体积V主=∏/3L主（R2主+r2主+R主r主）
V主=（3.14/3）×
31.5×
（42+22+4×
2）mm3=879.2mm3=0.879cm3
3.1.4主流道当量半径Rn=（2+3）/2mm=3mm
3.1.5主流道浇口套的形式
主流道衬套的形式有两种：
一是主流道衬套与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；
二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合在固定在模板上。
主流道为标准件可以选择。
主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交换地反复接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式（俗称浇口套），对材料的要求很严格，小型模具可以将主浇口套和定位圈设计成一个整体。
浇口套一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理要求淬火53～57HRC，保证足够的硬度，但是其硬度应低于与注射机喷嘴的硬度，以防止喷嘴被破坏，附录D列出了常用的浇口套结构形式和推荐尺寸。
见下图3-1：
图3-1主流道浇口套图
3.2分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用，多型腔模具必须设置分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇注时也要设置分流道，分流道是塑料熔体进入型腔前的通道，可通过优化设置分流道横截面的形状，尺寸大小和方向，使塑料熔体平稳充型，从而保证最佳的成型效果。
3.2.1影响分型面设计的因素：
1）制品的几何形状，壁厚，尺寸大小及尺寸的稳定性，内在质量和外在质量要求。
2）塑料的种类，亦即塑料的流动性，熔融温度和熔融温度区间，固化温度以及收缩率。
3）注射机的压力，加热温度及注射速度。
4）主流道及分流道的脱落方式
5）型腔的布置，浇口位置及浇口形式的选择。
3.2.2分流道的设计原则
1）塑料经分流道时的压力损失及温度损失要小。
2）分流道的固化时间应稍后于制品的固化时间，以利于压力的传递及保压。
3）保证塑件迅速而均匀的进入各个型腔。
4）分流道的长度应该尽量短，其容积要小。
3.2.3浇口道横截面的形状选择
常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。
要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。
圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为5°
～10°
的梯形流道。
浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，当分型面为平面时，可采用梯形或U字型截面的分流道。
从上述分析，该模具分流道截面采用梯形截面，其加工性能好，而且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。
3.2.4分流道的布置形式
在设计时应尽量减少在流道内的压力损失和尽量避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。
3.2.5
（1）一级分流道的长度由于流道设计简单，根据四个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时尽量选小一点的，单边分流长度L分=50mm。
（2）分流道尺寸具体计算
1）分流道的当量直径分流道的横截面尺寸应根据塑件的大小，壁厚，形状与所用塑件的工艺性，注射速率及分流道的长度等因素来确定，对于常见的壁厚（2～3）mm的塑件，采用圆柱形截面分流道的直径一般在3.5～7.0mm之间。
根据公式（4-16）计算出来的直径太小，考虑模具加工因素，故舍去。
分流道的直径D′=（0.8～0.9）D计算，此时取D′=0.8D=0.8×
6=5mm
2）由于分流道的横截面为梯形，设梯形的下底面宽度为X，根据表4-6设置梯形的高h=3.5mm，则梯形的面积为
A分=（X+X+2×
3.5tan8。
）h/2=（X+3.5tan8。
）×
3.5
再根据该面积的与当量直径为5mm的圆面积相等，可得
（X+3.5tan8。
3.5=∏/4×
D分2=3.14/4×
52mm
计算得X=5，则上底约为6mm，如下图3-2所示
图3-2一级分流道截面图
（3）凝料体积
1）分流道的长度L分=50×
2=100mm
2）分流道的面积A分=（5+6）/2×
3.5mm2=19.25mm2
3）凝料体积V分=100×
19.25mm3=1925mm3=1.925cm3
（4）校核分流道剪切速率
1）确定注射时间：
查表4-8，可知t=1.0s
2）计算分流道体积流量：
q分=（V分+V塑）/t=（1.925+6.204）/1cm3/s=8.129cm3/s
3）由公式（4-20）可得剪切速率：
Ý
分=3.3q分/（∏R分3）=3.3×
8.129×
103/[3.14×
（5/2）3]s-1
=5.47×
102s-1
该分流道的最佳剪切速率处于主流道和浇口道的最佳剪切速率5×
102～5×
103s-1之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。
3.2.6二级分流道的设计
如果在模具上还设有二级甚至三级分流道，则下级分流道的当量半径可取相邻的上级分流道当量半径的80%～90%。
（1）二级分流道的长度选取分流道的单边长度为L分′=20mm。
（2）二级分流道尺寸具体计算
1）分流道的当量直径分流道的直径D分′=（0.8～0.9）D分计算，此时取D分′=0.8D分=0.8×
5=4mm
2）由于分流道的横截面为梯形，设梯形的下底面宽度为X，根据表4-6设置梯形的高h=3.5mm，同理可计算出下底面宽度为3mm，下底面宽度为4mm，如下图3-3所示：
图3-3二级分流道截面图
1）分流道的长度L分′=20×
4=80mm
2）分流道的面积A分′=（3+4）/2×
3.5mm2=12.25mm2
3）凝料体积V分′=80×
12.25mm3=980mm3=0.980cm3
q分′=（V分′+V塑）/t=（0.980+6.204）/1cm3/s=7.184cm3/s
分=3.3q分′/（∏R分′3）=3.3×
7.184×
（4/2）3]s-1
=9.44×
3.2.7分流道表面粗糙度和脱模斜度
分流道表面不必很光滑，表面粗糙度可以设计在Ra1.25～2.5um之间，这是因为相对较粗糙的表面能增加外层塑料流动的阻力，使与其表面相接触的塑料熔体凝固并形成一层绝热层，从而利于内部的塑料熔体的保温。
有以上可得，此处取Ra=1.6um，另外脱模斜度一般在5～10o之间，这里取脱模斜度8o。
3.2.8冷料穴的设计
冷料穴也称冷料井。
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。
本设计仅有主流道冷料穴。
由于该塑件要求外表无明显的进料痕迹和其他划伤痕，表面平整美观，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。
开模时，利用凝料对球头的包紧力是凝料从主流道衬套中脱出。
球头形拉料杆如下图3-4所示：
图3-4球头形拉料杆图
3.3浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。
3.3.1浇口的主要作用是：
1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；
2）易于切除浇口凝料；
3）对于多型腔的模具，用以平衡进料；
该塑件要求颜色均匀一致，无黑点、杂质等缺陷，表面质量要求较高，采用一模四腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。
其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。
2.3.2侧浇口尺寸的确定
1）计算侧浇口的深度。
根据表4-10，可得侧浇口的深度h计算公式为
h=nt=0.7×
3=2.1mm
式中t是塑件的厚度，n是塑料成型系数，对于PP材料，其成型系数n=0.7。
在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，以便今后在试模的时候可以调整，并根据表4-9中推荐的PP侧浇口的厚度为0.6～0.9mm，故此处的深度取h=0.8mm。
3.3.3计算侧浇口的宽度。
根据表4-10可得侧浇口的宽度计算公式
B=n×
A1/2/30=0.7×
4639.31/2/30mm≈2mm
其公式中A=4639.3mm2为凹模的内表面积。
3.3.4侧浇口的长度计算。
根据表4-10可
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