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1、论文正文滚轮注塑模具的设计前言模具是工业生产中的基础工艺设备，是一种高附加值的高精密集型产品，也是高新技术产业化的重要领域，其技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。模具CAD/CAM是在模具CAD和模具CAM分别发展的基础上发展起来的，它是计算机技术在模具生产中综合应用的一个新的飞跃。模具CAD/CAM是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM技术的迅猛发展，软件，硬件水平的进一步完善，为模具工业提供

2、了强有力的技术支持，为企业的产品设计，制造和生产水平的发展带来了质的飞跃，已经成为现代企业信息化，集成化、网络化的最优选择注射模具的发展概况今年来，我国自主开发在塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华软件工程研究开发在CAXA系统，华中理工大学开发的注塑模HSC5。0系统及软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况，而且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好的条件。注塑模具设计国内外发展趋势为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国模具标准化程度只达到了20%。注射模发面关于模具零件，模具技术条件和标准模架等已

3、经制定了一些国家标准。比如2005年中国模具工业产值达到610亿元，增长率保持在25%的高水平，行业的生产能力约占世界的约10%，仅次于日本，美国而列世界第三。我国注塑模具产品的质量和生产工艺水平，总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。因此注塑模具设计成了我国当今社会发展必不可少的行业。满足用户的需求、因此当前的任务是重点研究开发热流道标准原件和模具温控标准装置；精密标准模架，精密导向系列；标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等社会发展必不可少的行业。塑料模具的特点热塑性塑料注射模具的特点是由塑料原材料特性所决定的，最主要的有两点：一是注射时塑料熔体的

4、充模特性，二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为，这两点决定了注射模的塑料特殊性和设计难度。由于塑料熔体属于粘弹体，熔体流动过程粘度随剪切应力，剪切速率而变化，流动过程中大分子沿流动方向产生定向：冷却固化过程中塑料的收缩率非常复杂，模腔内各部分，各方向收缩率不同，不同种类，牌号的塑料收缩率有很大差异。给予上述特点，设计注塑模首先要充分了解所加的塑料原材料特性，如点交口模具用于塑料铰链制品。塑料注射成型模具主要用于成型热塑性特塑料制件，近年来在热固性塑料的成型中也得到了日趋广泛的应用，由于塑料注射成型模具的适用性比较广，而且用这种方法成型塑料制件的内在和外观质量均较好，生产效率特别高，所以塑料注射模

5、具已日益引起人们的重视。注塑模具设计的要求及程序逻辑合理的选择模具结构正确的确定模具成型零件的塑件尺寸设计的模具应当制造方便充分考虑塑件特色，尽量减少后加工设计的模具应当效率高，安全可靠模具零件应耐磨耐用模具结构要适应塑料的成型特性调研，消除原始材料选择成行设备拟定模具结构方案方案的讨论与论证绘制模具的装备草图绘制模具的装配图绘制零件图编写设计说明书1. 概述1.1 注射成型模塑原理及设计特点1.1.1注射成型模塑原理注塑成型所用的模具即为注塑模（也称为注射模），注塑成型的原理（以螺杆式注射机为例）。首先将颗粒或粉状的塑料加入料斗，然后输送到外侧装有电加热的料筒中塑化。螺杆在料筒前端原地转动，

6、使被加热预塑的塑料在螺杆的转动作用下通过螺旋槽输送至料筒前端的喷嘴附近。螺杆的转动使塑料进一步塑化，料温在剪切摩擦热的作用下进一步提高并得以均匀化。当料筒前端堆积的熔体对螺杆产生一定的压力时（称为螺杆的背压），螺杆将转动后退，直至与调整好的行程开关接触，从而使螺母与螺杆锁紧。具有模具一次注射量的塑料预塑和储料过程结束。这时，马达带动气缸前进，与液压缸活塞相连接的螺杆以一定的速度和压力将熔料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中。熔体通过喷嘴注入闭合模具型腔后，必须经过一定时间的保压，熔融塑料才能冷却固化，保持模具型腔所赋予的形状和尺寸。当合模机构打开时，在推出机构的作用下，即可顶出注塑

7、成型的塑料制品。1.1.2注塑模具的设计特点塑料注塑模能够一次成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的塑料制件。在注塑件生产中，通常以最终塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量包括表现质量和内在质量。表现质量的衡量标准为塑件的形状和尺寸精度，包括注塑件的表面粗糙度和表现缺陷状况。常见的表现缺陷有凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥皮、暗斑纹、烧焦、裂纹、翘曲、溢料飞边或可见熔合缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、密度和收缩等。先进的模具必须在使用寿命期限内保证制品质量，并需要具备良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理

8、选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。1.2注塑模具典型结构凡是注塑模具，均可分为动模和定模两大部件。注塑充模时，动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时，动模与定模分离并取出制件。定模安装在注射机的固定模板上，而动模则安装在注射机的移动模板上。按照模具上各个零件的功能划分，注塑模具主要由以下7个系统或机构组成:1.成型零部件 成型零件是指构成型腔、直接与熔体相接触并分型塑料制件的零件。成型零件通常包括凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。2.浇注系统 将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。

9、3.导向部分 为确保动模和定模在闭合时能够准确导向和定位对中，通常需要在动模和定模上分别设置导柱和导套。如果使用的是深腔注塑模，那么还需要在主分型面上设置锥面定位。有时为保证脱模机构的准确运动和复位，还需要设置导向零件。4.分型抽芯机构 带有外侧凹槽或侧孔的塑件在脱出模具之前，必须先进行侧向分型，或者拔出侧向凹模或抽出侧型芯，塑件方能顺利脱出。5.推出机构 在开模过程中，将塑件和浇注系统凝料从模具中推出的装置。一般由推杆和推杆固定板、推板、主流道拉料杆及复位杆联合组成。6.排气系统 为了在注塑充模过程中将型腔内原有空气排出，通常在分型面处开设排气槽。由于小型腔排气量不大，可直接利用分型面排气，

10、也可以利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间的间隙排气，而大型注塑模则需要预先设置专用排气槽7.模温调节系统 为了满足注塑工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热的温度调节系统。冷却模具时，通常是在模板内开设冷却水道，而加热则是在模具内或周边安装电加热元件。具有特殊要求的注塑模，还需要配备模温自动调节装置。1.3模具的分类 1、按按照其在注塑模具上的安装方式分：移动式和固定式注塑模具。2、按其所用注塑机类型可分为卧式或立式注塑模具和角式注塑机用注塑模具3、按模具的型腔数目可分为单型腔和多型腔注塑模具4、按照注塑模具的总体结构特征可将它们分为以下几类（1）、单分型面注塑模具 分流道位于分型面上，需切除

11、流道凝料。（2）、双分型面注塑模具 浇注系统凝料和制品由不同的分型面取出者，也叫三板式注塑模。（3）、带有活动镶件的注塑模具（4）、横向分型抽芯注塑模具（5）、自动卸螺纹注塑模具（6）、多层注塑模具（7）、无流道注塑模具 包括热流道和绝热流道模具1.4塑件的材料和成型工艺性分析1.4.1塑件的材料分析聚酰胺纤维俗称尼龙（Nylon），英文名称Polyamide（简称PA），是分子主链上含有重复酰胺基团NHCO的热塑性树脂总称。包括脂肪族PA，脂肪芳香族PA和芳香族PA。其中，脂肪族PA品种多，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。尼龙有优良的韧性、自润滑性、耐磨性、耐化学性、气

12、体透过性、及耐油性、无毒和容易着色等优点，所以尼龙在工业上得到广泛应用。尼龙大多数为结晶性树脂，当温度超过其熔点后，其熔体粘度较小，熔体流动性极好，应防止溢边的发生。同时由于溶体冷凝速度快，应防止物料阻塞喷嘴、流道、浇口等引起制品不足现象。模具溢边值0.03。尼龙的流长比为150-200之间，尼龙的制品壁厚不底于0.8mm一般在1-3.2mm之间选择，而且制品的收缩与制品的壁厚有关，壁厚越厚收缩越大，溶体温度最低为235度.。注射压力不超过120MPA，一般在60-100MPA范围内选取是满足大部分制品的要求。注塑速度以快为益，。尼龙成型工艺参数表 项目 尼龙66 玻纤增强尼龙66料筒温度后部

13、 240-285 290-300 中部 260-300 285-320 前部 260-300 285-320喷嘴温度 260-280 280-285模具温度 20- 90 80-85注塑压力 MPA 60-200 60-200螺杆转速 R/MIN 50-120 50-120 一塑料袋性能1、质量轻2、比强度高：是金属材料强度的1/10。玻璃钢强度更高3、化学稳定性好4、电器绝缘性能优良5、绝热性好6、易成型加工性，比金属易7、不足：强度，刚度不如金属，不耐热。100C以下热膨胀系数大，易蠕变，易老化。二热塑性塑料成型加工性能1、吸湿性：吸水的（ABS.尼龙，有机中玻璃）易起泡，需干燥。2、塑料

14、物态（1）玻璃态：一般的塑料状态TG高于室温。（2）高弹态：温度高于TG，高聚物变得像橡胶那样柔软，有弹性。（3）粘流态：粘流化温度以上，高聚物相继出现塑料流动性与粘性液体流动区移，塑料成型加工就在材料的粘流态进引。（4）流变性：高聚物在外加作用下产生流动性与变形的性质叫流变性。牛顿型流体与非牛顿型流体。牛顿流体：主要取决于剪切应力，剪切速率和绝对粘度，低分子化合物的议题或熔体流体属于牛顿流体。大多数高聚物熔体在成型过程中表现为非牛顿流体。（5）结晶性：冷凝时能否结晶。无定型塑料与结晶型塑料。结晶型：尼龙，聚丙烯，聚乙烯，无定型塑料：ABS（6）热敏性与水敏性。（7）相熔性：熔融状态下，两种塑

15、料能否熔到一起，不能则会分层，脱皮。（8）应力开裂及熔体破裂（9）热性能及冷却速度（10）分子定向（取向）（11）收缩性（12）毒性，刺激性，腐蚀性。三热塑料制品设计原则（1）尺寸，精度及表面粗糙度 尺寸主要满足使用要求及安装要求，同时要考虑模具的加工制造，设备的性能，还要考虑塑料的流动性。 影响精度因素很多，有模具制造精度，塑料的成分和工艺条件等 表面粗糙度由模具表面粗糙度决定，故一般模具表面粗糙度比制品要求低一级，模具表面要进引研磨抛光，透过制品要求模具型腔与型芯的表面光洁度要一致Ra 0,2um塑件圈上无公差要求的仍由尺寸，一般采用标准中的8级，对孔类尺寸可以标正公差，而轴类各件尺寸可以

16、标负公差。中心距尺寸可以标正负公差，配合部件尺寸要高于非配合部分尺寸。（2）脱模斜度由于塑件在模腔内产生冷却收缩现象，使塑件紧抱模腔中的型芯和型腔中的凸出部分，使塑件取出困难，强行取出会导致塑件表面擦分，拉毛，为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度，一般1度1.5度。一般型芯斜度要比型腔大，型芯长度及型腔深度越大，则斜度不减小。（3）壁厚根据塑件使用要求和制品结构特点及模具成型工艺的要求而定，壁厚太小，强度及刚度不足，塑料填充困难，壁厚太大，增加冷却时间，降低生产率，产生气泡，缩孔等。要求壁厚尽可能均匀一致，否则由于冷却和固化速度不一样产生内应力，引起塑

17、件的变形及开裂。（4）加强筋设计原则： 中间加强筋要低于外壁0.5mm以上，使支撑面易于平直。 应避免或减小塑料的局部聚积。 筋的排列要顺着在型腔内的流动方向。（5）支承面塑件一般不以整个平面作为支承面，而取而代之以边框，底脚作支承面（6）圆角要求塑件防有转角处都要以圆角过渡，因尖角容易应力集中。塑件有圆角，有利于塑料的流动充模及塑件的定出，塑件的外观好，有利于模具的强度及寿命。（7）孔（槽）塑件的孔三种成型加工方法： 模型直接模塑出来 模塑成盲孔再钻孔通 塑件成型后再钻孔。先模塑出浅孔好。（8）螺纹塑件中的螺纹可用模塑成型出来，或切削方法获得通常折装或受力大的，要采用金属螺纹嵌件来成型。（9

18、）嵌件为了增加塑料制品整体或某一部分的强度与刚度，满足使用的要求，常在塑件体内设置金属嵌件。由于装潢或某些特殊需要，塑件制品的表面常有文字图案。1.4.2塑件的成型工艺分析一塑件的尺寸和精度分析图 1-1 滚轮塑件示意图Fig. 1-1 Roller plastic parts diagram该塑件无尺寸精度特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，按MT5查取公差。其主要尺寸公差要求如表所示：表 1-1 滚轮塑件尺寸公差Tab. 1-1 Roller plastic part dimension tolerance塑件标注尺寸塑件尺寸公差（按MT5级精度）塑件标注尺寸塑件尺寸公差（按MT5级精度）外圆

19、尺寸27.527.5-0.56内孔尺寸4.54.5+0.56内圆尺寸21.521.5+0.24圆角R1R1+0.2二塑件表面质量分析该塑件表面没有提出特殊要求，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到。没有特殊要求时，塑件内部表面粗糙度可取。三塑件结构工艺性分析（1）壁厚分析：设计合理，壁厚相对均匀。（2）圆角过渡：要从分型面位置、型芯、型腔结构来分析过渡圆角的设置。根据本塑件的壁厚，均采用圆角半径R1mm。（3）脱模斜度：为便于塑件从模腔中取出，塑件的内外壁需要足够的脱模斜度。外形尺寸以大端为基准，斜度往小处取；内形尺寸以小端为基准，斜度往大处取。型芯脱模斜度为：0.7，型腔脱模斜度为0

20、.5（4） 生产实际考虑该塑件的生产类型应该是大批量生产，因此在设计模具时，要提要塑件的生产效率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模的模具。2 注射机的选择2.1注射机的介绍2.1.1注射机的组成无论何种注射机，其总体结构按注射成型过程可分为以下几部分：1.注射装置 该部分的主要作用是将固态的塑料颗粒均匀塑化到熔融状态，以足够的压力和速度将其注入到闭合的模具型腔中，它包括料斗、料筒、加热器、计量装置、螺杆及其驱动装置、喷嘴等部件。2.合模装置 合模装置起以下三个方面的作用：第一，实现模具的开闭动作；第二，成形时提供足够的锁模力使模具加紧；第三，开模时，推出模内的塑料制品。合模装置可以分为机械式

21、、液压式、机械液压联合式，推出机构也分为机械式和液压式两种，液压式推出又分单点和多点推出。3.液压和电气控制部分 液压和电气控制部分是保证注射成型过程按预定的工艺要求（压力、速度、时间、温度）和动作顺序的进行而设置的，液压传动系统用以控制液压和电气部分的动作。 图2-1 卧式注射机Fig. 2-1 Injection machine2.1.2注射机的分类注塑机的类型和规格很多，其分类方法有以下三类：1.按注射量大小分类表2-1 注射机类型与成型能力Tab. 2-1 Injection molding machine type and eapacity 类型锁模力/kN理论注射容量/超小型160

22、16000160002.按塑化方式分类按塑料的塑化方式不同，有柱塞式和螺杆式，螺杆式注塑机与柱塞式注塑机相比，对于料筒内塑料的塑化，不仅靠外部元件的加热，也靠筒内螺杆转动时对塑料的磨擦剪切作用生热，因此当料筒容积相同时，螺杆式注塑机的塑化能力大于柱塞式的，所需外部加热元件功率也小于柱塞式。柱塞式注塑机一般只用于注射量不大的中、小型注塑机，螺杆式注塑机则适用于从小到大的各型注塑机。3.按外部结构分类按注射部分和锁模部分的位置和方向不同，分为立式、直角式和卧式三种。2.1.3 注射机的技术规范每幅模具都只能安装在与其相适应的注射机上进行生产，因此模具设计与所用注射机关系十分密切。在设计模具时，应详

23、细地了解注射机的各项技术规范，才能设计出合乎要求的模具。从模具设计的角度出发，首先应了解的注射机的技术规范主要有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具的最大厚度和最小厚度、最大开模行程，以及机床模板安装模具的螺钉孔（或T型槽）的位置和尺寸。2.2有关数据的计算和选择2.2.1计算塑件的体积根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件的体积为：V1=7247mm3 2.2.2计算所需的体积浇注系统凝7247按1：1取，故：V2= V1=7247mm3塑件和浇注系统凝料总体积为（按一模十二腔算）：V= 12（V1 +V2 ）=173928 mm3 =173.928 cm

24、32.2.3选用注射机根据总体积V= 173.928 mm3，初步选取XS-ZY-250型螺杆式注射成型机。XS-ZY-250型螺杆式注射成型机主要参数如下表所示表2-2 XS-ZY-250型螺杆式注射成型机主要参数Tab. 2-2 XS-ZY-250 type injection molding machine main parameters项 目参 数项 目参 数理论注射量250cm3移模行程350mm注射压力13000MPa定位孔的直径110锁模力180kN喷嘴球半径SR18mm最大模具厚度350mm喷嘴口孔径4最小模具厚度250mm2.2.4注射机的终选注射量的校核公式是（0.8 0.

25、85）式中 注射机的公称注射量，cm3 每模的塑料体积量，cm3 如前所述，塑件及浇注系统的总体积为173.928 cm3，远小于注射剂的理论注射量250cm3，故满足要求。 3 模具的结构分析与设计3.1确定型腔布局模具型腔数量的确定主要是根据制品的投影面积、几何形状（又无侧抽芯）、制品精度、批量以及经济效益来确定。型腔数量主要依据以下因素进行确定：1.制品总量及注射机的注射量；2.制品的投影面积及注射机的锁模力；3.模具外形尺寸与注射机安装模具的有效面积； 4.制品的颜色； 5.制品的精度；6.制品有无侧抽芯及其处理方法； 7.制品的生产批量；8.经济效益（每一模的生产值）。综合考虑影响型

26、腔的各项因素和实际情况及经济效益，模具采用一模十二腔，布局如下图所示：图 3-1 模具布局图Fig.3-3 Mold layout3.2确定模具尺寸模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。1. 定模固定板（205mm245mm、厚17.5mm）定模固定板是模具与注射机连接固定的板，定模固定板上固定导柱和定位圈，材料为40Cr。定位圈通过4个M6的沉头螺钉与其连接。定模座板上的导柱与导柱孔采用H7/k6配合，定模座板与拉料杆采用H7/k6配合。2. 定模板（170245mm、厚25mm）用于固定定模模仁（型腔镶块）和导套。应该有一定的厚度，

27、并有足够的强度。一般用40Cr。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，定模与定模模仁（型腔镶块）采用H7/m6配合。3. 动模板（170mm245mm、厚37.5mm）用于固定动模模仁（型芯镶块）和导套。一般用40Cr。动模板应具有较高的平行度和硬度。动模模仁（型芯镶块）通过4个内六角圆柱螺钉M10固定在动模板上面。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，动模与动模模仁（型芯镶块）采用H7/m6配合。4推板（210mm95mm、厚15mm）用4个M6的内六角圆柱螺钉与推半固定板固定。材料为40Cr。5推杆固定板（210mm95mm、厚15mm）材料为40Cr。 4 成型零件的设计型腔是模

28、具上直接用以成型制品的部分。成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括凹模、凸模、成型杆、成型环等。设计时应首先根据塑料性能、制件的使用要求确定型腔总体结构、进浇点、分型面、排气位置、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机械加工角度决定型腔各个零件之间的组合方式，详细地确定型腔各个零件的结构尺寸和其它详细尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑料熔体有很高的压力，因此对关键成型零件进行强度和刚度校核。4.1 成型零件的结构分析构成型腔的零件统称为成型零部件，它主要包括凹模、凸模、型芯、镶块、各种成型杆，各种成型环。由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，

29、因此要求它有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力和足够的精度和表面光洁度。表面粗糙度Ra0.8以上，以保证塑料制品表面光亮美观、容易脱模。一般来说，成型零件都应进行热处理，使其具有HRC40以上的硬度。如成型产生腐蚀性的气体的塑料，还应选择耐腐蚀的钢材。4.1.1注塑模成型零件工作尺寸的计算在计算塑件型芯包紧而引起的脱模阻力时，需要知道两个尺寸参数:型芯高度和型芯直径。但往往事先只知道塑件的内壁直径和塑件的高度尺寸而不知道模具型芯高度和型芯直径尺寸。成型零件工作尺寸的计算就是用来进行这方面尺寸转换的。成型尺寸包括凹模（型腔）与凸模（型芯）径向尺寸，型腔深度或型芯高度等

30、，确定工作尺寸除根据塑件尺寸及精度要求外，还必须考虑下列影响塑件尺寸精度的因素。1.影响塑件尺寸精度的因素（1）成形零件的制造公差一般取塑件公差的1/31/6，对中小型塑件取=；对大型塑件取。（2）型零件的磨损量成型零件的最大磨损量对中小型塑件模具取=；对大型塑件模具取。（3）成型收缩率S 成形收缩率随塑件结构与形状，如塑件壁厚，有无嵌件等的影响而变化。一般计算收缩率取收缩范围的平均值，即 （4-1）2.成型零部件工作尺寸计算有平均值法和公差带法两种。这里仅介绍按平均收缩率计算成型零件的工作尺寸（1）型腔径向尺寸： （4-2）（2）型芯径向尺寸： （4-3）（3）型腔深度尺寸： （4-4）（4）型芯高度尺寸： （4-5）（5）型芯或成型孔中心距的尺寸： （4-6）本模具采用AUTOCAD软件进行二维设计，利用pro/E2.0软件输入收缩率后可自动计算型腔及型芯的尺寸，因此可省略型腔及型芯工作尺寸的计算步骤。4.1.2成型腔壁厚的计算在塑料制品的成型过程中，塑料熔体在型腔中产生很高的压力，使用前型腔发生变形甚至破裂。型腔的变形，不但影响塑件的尺寸精度，还可能使拼合处产生间隙，形成溢料飞边。变