所以，注射机锁模力合格。
三、浇注系统的设计
3.1主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或者型腔中。
主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流体和开模时主流道凝料的顺利拔出。
主流道的尺寸直接影响到熔体的流体速度和充模时间。
【2】另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
（1）主流道尺寸
①主流道长度：
小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行设计。
②主流道小端直径：
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm
=（3+0.5）mm=3.5mm
③主流道大端直径：
d＇=d+2L主tanα≈7mm，式中α=4º
④主流道球面半径：
SRo=注射机喷嘴头半径+（1~2）mm
=（10+2）mm=12mm
⑤球面的配合高度：
h=3mm
（2）主流道的凝料体积
V主=π/3×L主（R²主+r²主+R主r主）
=3.14/3×50×（3.5²+1.75²+3.5×1.75）mm
=1121.9mm³=1.12cm³
（3）主流道当量半径
Rn=（1.75+3.5）/2=2.625mm
（4）主流道浇口套的形式
主流道衬套为标准间可选购。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。
对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述的因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。
同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。
设计中常采用碳素工具钢（T8A或者T10A），热处理淬火表面硬度为50~55HRC，如图3—1：
图3—1
3.2分流道的设计
（1）分流道的布置形式
在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，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。
（2）分流道的长度
由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可适当选小一些。
单边分流道长度L分取35mm。
（3）分流道的当量直径
因为该塑件的质量m塑=ρV塑=28.0g<200g，因此分流道当量直径为：
D分=0.2654×（m塑）^½×（L分）^¼
=0.2654×28^½×35^¼
=3.5mm
（4）分流道截面形状
常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。
本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料融体的热量散失、流体阻力均不大。
（5）分流道截面尺寸
设梯形的下底宽度为x，地面圆角的半径R=1mm，并根据教材表4-6，设置梯形的高h=3.5，则该梯形的面积为：
A分=（x+x+2×3.5tan8º）h/2=（x+3.5tan8º）×3.5
再根据该面积与当量直径为3.5mm的圆面积相等，得：
（x+3.5tan8º）×3.5=πD²分/4=3.14×3.5²/4，
可得x≈2.25，则梯形的上底约为2.25+2X3.5tan8º=3.25mm，如图3—2：
图3—2
（6）凝料体积
①分流道长度L分=35×2=70mm。
②分流道截面积A分=（2.25+3.25）/2×3.5=9.625mm²。
③凝料体积V分=A分L分=70×9.625=673.75mm²≈0.67cm²。
（7）校核剪切速率
①确定注射时间：
查教材表4-8,可取t=1.6s。
②计算分流道体积流量：
q分=（V分+V塑）/t=（0.67+26.618）/1.6=17.055cm³/s
③可得剪切速率
γ分=3.3q分/（πR³分）=3.3×17.055×10³/[3.14×（3.5/2）³]
=3.34×10³s﹣¹
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×10²~5×10³s﹣¹之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。
（8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一边取Ra1.25~2.5μm即可，此处去Ra1.6μm，另外，其脱模斜度一般在5º~10º之间，这里去脱模斜度为8º。
3.3浇口的设计
该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整冲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，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。
（1）侧浇口尺寸的确定
1）计算侧浇口的深度。
根据教材表4-10，可得侧浇口的深度h计算公式为
h=nt=0.6×3mm=1.8mm
式中，t为塑件壁厚，t=3mm；n为塑料成型系数，对于HIPS，其系数n=0.6；
在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，一边在今后试模时发现问题进行修复处理，并根据教材表4-9中推荐的HIPS侧浇口的厚度为0.8~1.1mm，故此处浇口深度h取1.0mm。
2）计算侧浇口的宽度。
根据教材表4-10，可得侧浇口的宽度B的计算公式：
B=n×A^½/30=0.6×8729.985^½÷30=2.18≈2cm
式中，n是塑料成型系数，n=0.7；A是凹模的内表面面积（约为塑件的外表面面积）。
3）计算侧浇口的长度。
根据教材表4-10，可得次交口的长度L浇一边选用0.7~2.5mm，这里去L浇=0.7mm。
（2）侧浇口剪切速率的校核
1）计算浇口的当量半径。
由面积相等可得πR²浇=Bh，由此矩形浇口的当量半径R浇=（Bh/π）^½。
2）校核浇口的剪切速率
①确定注射时间：
查教材表4-8，可取t=1.6s。
②计算浇口的体积流量：
q浇=V塑/t=26.618/1.6=16.64cm³/s
③计算浇口的剪切速率：
γ浇=3.3q浇/（πR³浇）=3.3q浇/[π×（Bh/π）^3/2]
=3.3×1.664×10^4÷3.14÷（2×1.0÷3.14）^3/2
=3.44×10^4s﹣¹
该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×10³到5×10^4之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。
3.4校核主流道的剪切速率
上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。
（1）计算主流道的体积流量
q主=（V主+V分+nV塑）/t=（1.12+0.67+2×26.618）/1.6=34.39cm³/s
（2）计算主流道的剪切速率
γ主=3.3q主/（πR³主）=3.3×34.4×10³÷3.14÷2.625³=1.999×10³s﹣¹
主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×10²~5×10³s﹣¹之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。
3.5冷料穴的设计及计算
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，起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。
由于该塑件表面要求没有印痕，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使凝料从主流道衬套中脱出。
四、成型零件的结构设计及计算
4.1成型零件的结构设计
（1）凹模的结构设计
凹模是成型制品的外表面的成型零件。
按凹模结构的不同可将分为整体式、整体嵌入式、组合式、镶拼式四种。
根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式凹模，如下图4—1：
图4—1
（2）凸模的结构设计（型芯）
凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。
通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有两个；一个是成型零件的内表面的大型芯，如下图4—2，因塑件的包紧力较大，所以设在动模部分；
图4—2
另一个是成型零件的中心轴孔内表面的小型芯，如下图4—3所示，设计时将其放在定模部分，同时有利于分散脱模力和简化模具结构。
图4—3
五、模架的确定
根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为105mm×251mm，又考虑吧凹模最小壁厚，导柱、导套的布置等，参考指导书表7-1，可确定选用200x300直浇口B型模架。
【2】
5.1各模板尺寸的确定
①A版尺寸。
A板是定模型腔板，塑件高度为30mm，凹模嵌件深度为25mm，又在模板上还要开设冷却水道，还需要留出足够的距离，故此A版厚度取50mm。
②B板尺寸。
B板是型芯固定板，按模架标准板厚取35mm。
③C板（垫板）尺寸。
垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5～10）mm=75～80mm，根据指导书表7-4初步选定C为80mm。
经过上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架B2030--50x35x80GB/T12555--2006
5.2模架各尺寸的校核
根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。
①模具平面尺寸200mm×300mm<320mm×320mm（拉杆间距），校核合格。
②模具高度尺寸265mm，170mm<265mm<300mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。
③模具的开模行程S=H1+H2+（5～10）mm=（40+40）mm=75～80mm<300mm（开模行程），校核合格。
六、排气槽的设计
该塑件由于采用测浇口进料，熔体经塑件下方的台阶充满型腔，顶部有一个Φ10mm小型芯，其配合间隙可作为气体排出的方式，不会在顶部产生憋气的现象。
同时，底面的气体会沿着推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模之间的间隙向外排出。
【2】
七、脱模推出机构的设计
7.1推出方式的确定
本塑件圆周采用脱模板、中心采用推杆的综合推出方式。
脱模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在用脱模板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，可以放脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。
【4】
局部结构如图7—1
图7—1
7.2脱模力的计算
（1）圆柱大型芯脱模力
因为λ=r/t=32.5/3=10.83>10,所以，此处视为薄壁圆筒塑件，因此：
F1=2πtESLcosΨ（f－tanΨ）/[（1－μ）K2]+0.1A
=[2×3.14×3×2.0×10³×0.0065×27.17×cos1º×（0.5－tan1º）]÷[（1－0.32）×（1+0.5sin1ºcos1º）]＋0.1×37.5²≈4903.282N
式中，F是脱模力；E是塑料的弹性模量；S是塑料成型的平均收缩率（%）；t是塑件的壁厚；L是被包型芯的长度；μ是塑件的泊松比；Ψ是脱模斜度；f是塑料与刚才之间的摩擦因素；r是型芯平均半径；A是塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，当塑件底部有通孔时，A视为零；K1是由λ和Ψ决定的无因次数，K1=2λ²/（cos²Ψ+2λcosΨ）,其中λ的值与塑件的横截面形状和尺寸有关（K1下面将会出现）；K2是由f和Ψ决定的无因次数，K2=1+fsinΨcosΨ。
（2）成型塑件内部圆筒型芯的脱模力计算
因为λ=r/t=5/3=1.67<10，所以，此处视为厚壁圆筒塑件，同时，由于该塑件的内孔是通孔，所以，脱模时不存在真空压力，因此：
F2=2πrESL（f－tanΨ）/[（1+μ+K1）K2]
=2×3.14X5×2.0×10³×0.0065×40×（0.5-tan1º）
÷[[1+0.32+2×1.67²÷（cos²1º+2×1.67X1.67×cos1º）]×（1+0.5sin1ºcos1º）]
=3602.585N
（3）4-d2小型芯脱模力
F3=4x2×3.14X5×2.0×10³×0.0065×3×（0.5-tan1º）÷[[1+0.32+2×0.67²÷（cos²1º+2×0.67X0.67×cos1º）]×（1+0.5sin1ºcos1º）]=522.702N
所以F=F1+F2+F3=9028.569N
7.3校核推出机构作用在塑件闪过的单位压应力
（1）推出面积
A1=π/4（D²－d²）=π/4×（75²－65²）mm²=1099mm²
A2=π/4（D1²－d2²）=π/4×（18²-12²）mm²=122.5mm²
A=A1+A2=1221.5mm²
（2）推出应力
σ=F/A=9028.6/1221.5=7.39MPa<10MPa
因此，抗压强度合格。
八、冷却系统的设计
设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机所散发的热量，按单位时间内的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。
【2】
8.1冷却介质
HIPS属于中等黏度材料，其成型温度及模具温度分别为200℃和32～65℃。
所以，模具温度初步定为40℃，用常温水对模具进行冷却。
8.2冷却系统的简单计算
（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W
①塑料制品的体积
V=V主+V分+nV塑=1.12+0.67+2X26.618=55.026cm³
②塑件制品的质量
m=Vρ=55.03×1.05=57.78g=0.0578kg
③塑件壁厚为3mm，可以查教材表4-34得，t冷=17.4s。
取注射时间t注=1.6s，t脱=6s。
则注射周期t=t注+t冷+t脱=（1.6+17.4+6）=25s。
由此得每小时注射次数为：
N=3600/25=144次
④单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：
W=Nm=144×0.0578=8.3232kg/h
（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs，查教材表4-35直接可知HIPS的单位热流量Qs的值得范围在（310～350）kj/kg,故可以取Qs=320kj/kg。
（3）计算冷却水的体积流量qv
设冷却水道入水口的水温为θ2=23℃。
出水口的水温为θ1=25℃，取水的密度ρ=1000kg/m³，水的比热容c=4.187kj/（kg·℃），则：
qv=WQs/[60ρc（θ1－θ2）]
=8.3232×320÷[60×1000×4.187×（25-23）]
=0.0053m³/min
（4）确定冷却水路直径d
当qv=0.0053m³/min时，查教材表4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径d=0.008m。
（5）冷却水在管内的流速v
v=4qv÷60÷π÷d²=4×0.0053÷60÷3.14÷0.008²=1.76m/s.>1.66m/s因此合理。
（6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h
因为平均水温为24℃，查教材表4-31可得f=6.75，则有：
h=4.187f（ρv）^0.8/d^0.2
=4.187×6.75×（1000×1.76）^0.8÷0.008^0.2
=29308.9kj/（m²·h·℃）
（7）计算冷却水通道的导热总面积A
A=WQs/（hΔθ）=8.32×320÷[29308.9×｛40-（23+25）/2｝]
=0.0035m²
（8）计算模具所需冷却水管的总长度L
L=A/（πd）=0.0035÷3.14÷0.008=139mm
（9）冷却水路的根数X
设每根水路的长度ι=120mm，则冷却水路的根数为：
X=L/ι=139/120≈1.16根
由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然不适合，因此应根据具体情况加以修改。
为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。
8.3凹模嵌件和型芯冷却水道的设置
型芯的冷却系统的计算与凹模冷却系统的计算方法基本上是一样的。
设计时，在大型芯的下部采用简单冷却流道式来设计，小型芯采用隔片式冷却水道。
凹模嵌件拟采用两条冷却水道进行冷却。
冷却系统还要遵循：
【4】
1.浇口处加强冷却。
2.冷却水孔到型腔表面的距离相等。
3.冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大。
4.冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。
5.进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。
6.冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。
而且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。
冷却水到布置如图8—1：
图8—1
1-定模板水道，2-凹模嵌件水道，3、6、7、8、10-O型密封圈，
4-小型芯水道隔片，5-小型芯水道，9-凹模嵌件圆周水道，11-动模大型芯圆周水道
九、导向与定位结构的设计
注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。
按作用分为膜外定位和模内定位。
膜外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。
锥面定位则用于动、定模之间的精确定位。
本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不高，因此可采用模架本身所带的定位结构。
【1】
十、模具的装配
装配模具是模具制
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