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摘 要
注射成型是熱塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形狀復雜的精密塑件。塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。近年來，人們對各種設備和用品輕量化要求越來越高，這就為塑料制品提供了更為廣闊的市場。
本課題主要針對肥皂盒上蓋的模具設計，所用的塑料為ABS,是常見的日用品。通過對塑料制件進行工藝的分析和比較，最終設計出一副注塑模。該課題從產品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核都有詳細的設計，同時并簡單地編制模具的加工工藝。通過整個設計過程說明該模具能達到此塑件所要求的加工工藝。根據(jù)題目設計的主要任務是肥皂盒上蓋注塑模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產塑件產品，以實現(xiàn)自動化提高產量。針對塑件的具體結構，該模具是側澆口的單分型面注射模具。通過模具設計表明該模具能達到盒蓋的質量和加工工藝要求。
設計中參考了以往注射模具的設計經驗，并結合制件性能，根據(jù)產品外形簡化設計機構，并且運用AutoCAD、Solidworks等軟件進行二維和三維的繪圖，縮短了生產周期，獲得良好的經濟性能。
關鍵詞：注塑模具；塑料；冷卻
Abstract
The injection molding is one of thermoplastic formation main methods, may a formation shape complex model precisely. The plastic mold's development is develops along with the plastics industry development. In recent years, the people were getting higher and higher request to lightweight of each kind of equipment and the thing, this has provided a broader market for the plastic products.
The main topic is covered in injection mold design for the soap box above.the materials for the plastic parts is ABS, which is commonly found in our daily life,the soap box covered with a light weight,long service life, low prices and so on.Through the process of plastic parts for analysis and comparison, the final design of an injection mold.The product mix from technology issues, and specific mold structure of the casting mold system, mold forming part of the structure, side pumped body, top of the system, cooling system,the choice of injection molding machine and related calibration parameters are detailed design, at the same time and developed a simple process dies. Through the entire design process that the mold can be achieved by the plastic parts processing requirements.One-mole-two-cavity gate are introduced in the guarantee the surface quality and visual effect according to the plastic parts of the process characteristics .Plastic parts for the specific structure of the mold is the point of the one type injection mold surface.Shorten the cycle of the mold manufacturing.
This design references anciently experience of injection mould and combines characteristic of produce to project organization simplify the project organization. In order to shorten production cycle and obtain favorable efficiency, the two-dimension and three-dimension drawings were finished by AutoCAD and Solidworks
Key words： Injection mold ；Plastic；Cooling
目 錄
緒論 1
1.1 注塑成型CAD/CAM/CAE技術概述 1
1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術今后的主要發(fā)展方向 2
1.3 IMOLD模具設計流程 3
1.3.1Solidworks/IMOLD插件概況 3
1.3.2IMOLD菜單/工具 3
1 模具的總體設計 5
1.1模具總體方案設計 5
1.2分析塑件的工藝性 5
1.2.1肥皂盒上蓋的造型設計 5
1.2.2塑件使用材料的種類及工藝特征 6
1.2.3分析塑件的結構工藝性 7
1.2.4工藝性分析 7
2 注射機的型號和規(guī)格選擇 7
2.1 注塑機的原理 7
2.2 注射機的選用 8
2.2.1塑件體積和澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 8
2.2.2注塑機型號 8
2.3 型腔數(shù)目的確定 8
2.4 型腔的分布 9
3 澆注系統(tǒng)的設計 9
3.1 主流道設計 9
3.2 主流道襯套形式 10
3.3 分流道的設計 10
3.4 澆口的設計 11
3.4.1澆口類型的選用 11
3.4.2側澆口的結構尺寸 12
4 冷卻系統(tǒng)的設計 12
4.1 冷卻系統(tǒng)冷卻參數(shù)的計算 13
4.2 冷料穴的設計 14
4.3 排溢系統(tǒng)的設計 14
4.4 分型面的選擇設計 14
5 成型零部件機構的設計與計算 15
5.1 成型零件結構設計 15
5.1.1 凹模的設計 16
5.1.2 型芯的設計 16
5.2 型芯和型腔工作尺寸計算 16
5.2.1 型腔工作尺寸的計算 17
5.2.2型芯工作尺寸的計算 17
6 合模導向機構的設計 18
6.1 導柱的設計 18
6.2 導套的結構設計 19
7 脫模推出機構設計 19
7.1 脫模機構的設計原則 19
7.2 推桿的結構形式及形狀 19
7.3 推桿的固定方式 20
7.3.1推件力的計算 20
7.3.2推桿的設計 21
8 模架的選型 21
9 注射機工藝參數(shù)校核 22
9.1 最大注射壓力校核 22
9.2最大注射量校核 22
9.3 鎖模力校核 23
9.4 模具厚度的校核 23
9.5 開模行程的校核 23
10 模具成型零件制造與加工工藝 23
10.1 模具成型件的加工工藝 24
10.1.1定模板的加工工藝 24
10.1.2動模板的加工工藝： 25
10.2 零件加工工藝 26
11 總結 27
謝 辭 29
參考文獻 30
附錄················································································31
緒論
塑料模具技術的發(fā)展日新月異，在現(xiàn)代工業(yè)、餐具、通信、電子等行業(yè)中的應用很廣泛，模具是生產各種產品的重要工藝裝備。
本課題是關于塑料肥皂盒上蓋的注塑模具設計。要求運用所學的知識,能夠很好的對注塑模具進行設計，達到能熟練地掌握注塑模具的設計知識,并能對注塑模具設計有更高層次認識的目的。
該課題的設計要求基于現(xiàn)代CAD技術的注塑模設計,在設計過程中掌握模具設計的一般規(guī)律,運用現(xiàn)代CAD技術進行模具設計的研究及應用,完成塑料肥皂盒上蓋注塑模具設計。所設計的塑料肥皂盒上蓋模具要能滿足模具工作狀態(tài)的質量要求,使用時安全可靠,便于維修,在注塑成型過程中要有較短的成型周期,成型后有較長的使用壽命,并具有合理的模具制造工藝性。選擇典型零件進行加工分析,制作工藝卡。
本課題要解決的主要問題是塑料肥皂盒上蓋注塑模具工藝方案的擬定和塑料肥皂盒上蓋注塑模具的設計。
注塑模具設計總體思路如下所示：
設計之前的準備
確定成形工藝和成形設備
擬定模具總體結構
設計計算、繪制裝配圖及零件圖
1.準備設計所需的相關技術資料
2.了解塑件的結構特點
1.了解塑料的成形性能，計算塑件的重量和體積
2.選擇成形的設備、了解設備的性能、規(guī)格參數(shù)及工作特點
1.確定模具結構形式
2.確定模具的主要結構
3.繪制模具結構草圖
1.成形零件的設計及尺寸計算
2.結構件的設計及尺寸的確定
3.結構件的強度、模具安裝尺寸的校核
4.繪制總圖及零件圖
1.1 注塑成型CAD/CAM/CAE技術概述
注塑成型是一個十分復雜的物理過程，高溫塑料熔體通過流道、澆口向較低溫度的模腔中填充，熔體一方面由于模具傳熱而快速冷卻，另一方面因受到高速剪切而產生熱量，同時伴有熔體固化、體積收縮、取向、結晶等過程。因此為了全面、深刻地理解注塑成型過程，必須具備高分子物理學、流變學、傳熱學、注塑成型工藝等多方面的知識。
近年來，計算機技術的應用和數(shù)值技術的發(fā)展為注塑模具的設計加工、注塑成型過程的模擬、注塑工藝條件的優(yōu)化等提供了有效手段。模具結構的人工繪制被計算機自動繪圖取代，數(shù)據(jù)庫、標準圖形庫的簡歷和使用使計算速度提高；數(shù)控設備的應用提高了模具加工的精度和效率。CAD/CAM/CAE技術從根本上改變了過去的人工繪圖、憑借組織整個生產的技術管理方式，將之改變?yōu)樵谟嬎銠C上交互設計，用數(shù)據(jù)文件進行產品定義，在同一的數(shù)字化產品模型下進行產品設計、分析計算、工藝計算、工藝裝備、數(shù)控加工以及質量控制等。
（1） 注塑模CAD技術 注塑模CAD技術主要功能是輔助完成模具零件設計、模具結構設計。軟件系統(tǒng)以幾何造型為主，能進行圖形繪制；能存儲大量模具標準圖及標準組合資料，是計算機針對模具結構需要能自動選擇標準件及其組合；能根據(jù)塑料件的形狀和一定的參數(shù)自動、半自動地生成型腔和部分模具結構。
（2） 注塑模CAM技術 注塑模CAM的功能是在模具加工制造使盡可能減少對操作工人技能的依賴性，用正確的程序實施長時間的自動化加工。CAM的功能包括生產監(jiān)測、物料管理和加工工藝的制定。CAM系統(tǒng)在模具加工中前能對加工過程進行檢查，觀察加工工藝是否合理，以保證數(shù)控設備編程的正確性。在模具加工制造時，必須與數(shù)控設備、加工中心等配合使用。
（3） 注塑成型過程CAE 注塑成型過程CAE是在模具制造之前，對給定的模具結構、工藝參數(shù)進行注塑成型過程的數(shù)值模擬，以預測產品的成型的質量，檢查模具結構、工藝參數(shù)是否合理。CAE主要特點是在設計階段完成對設計方案的模擬、修改，避免直接對模具實物進行整修。
CAD/CAM/CAE集成技術在注塑模中的應用實現(xiàn)了從塑料件設計、模具設計、模具制造和塑件成型的一體化，具體體現(xiàn)在：塑料件的造型設計，模具中模架的選擇，型腔幾何形狀、頂出系統(tǒng)的設計應用CAD技術；塑料件結構設計中的應力分析，模具結構設計中的澆注系統(tǒng)設計、冷卻系統(tǒng)系統(tǒng)設計，注塑成型中以減少塑料件缺陷、改善塑料件質量與性能為目的的工藝條件確定、工藝參數(shù)優(yōu)化等內容應用CAE技術；模具制造中的型腔曲面加工、拋光及裝配等內容應用CAM技術。CAD、CAM、CAE三者有機結合才能充分發(fā)揮計算機輔助技術的優(yōu)勢。
1.2 我國塑料模具工業(yè)和技術今后的主要發(fā)展方向
在信息社會和經濟全球化不斷發(fā)展的進程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產品向著更大型、更精密、更復雜及更經濟快速方面發(fā)展，技術含量不斷提高，模具生產向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術集成化、設備精良化、產品品牌化、管理信息化、經營國際化方向發(fā)展。
模具技術的發(fā)展趨勢主要是：（1）CAD、CAM、CAE的廣泛應用及其軟件的不斷先進和CAD／CAM／CAE技術的進一步集成化、一體化、智能化；（2）PDM(產品數(shù)據(jù)管理)、CAPP(計算機輔助工藝設計管理)、KBE(基于知識工程)、ERP(企業(yè)資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及Internet平臺等信息網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展和應用；（3）高速、高精加工技術的發(fā)展與應用；（4）超精加工、復合加工、先進表面加工和處理技術的發(fā)展與應用；（5）快速成型與快速制模(RP／RT)技術的發(fā)展與應用；（6）熱流道技術、精密測量及高速掃描技術、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應用；（7）模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應用；（8）優(yōu)質模具材料的研制及正確選用；（9）模具自動加工系統(tǒng)的研制與應用；（10）虛擬技術和納米技術等的逐步應用。
1.3 IMOLD模具設計流程
1.3.1Solidworks/IMOLD插件概況
Solidworks是三維機械設計軟件市場中的主流軟件，易學易易用的特點使它成為大部分設計人員及從業(yè)者的首選三維軟件，成為終端工程應用的通用CAD平臺，在國內模具制造業(yè)具有相當多的裝機量。另外，在世界范圍內有數(shù)百家公司基于Solidworks開發(fā)了專業(yè)的工程應用系統(tǒng)作為插件集成到Solidworks的軟件界面中，其中包括模具設計、制造、分析、產品演示、數(shù)據(jù)轉換等，使它成為具有實際應用解決方案的軟件系統(tǒng)。
IMOLD插件是應用于Solidworks軟件中的一個Windows界面的第三方軟件，用來進行注塑模的三維設計工作。它是由眾多的軟件工程師和具有豐富模具設計、制造經驗的工程師合作開發(fā)出來的，它的設計過程最大程度地滿足了加工的需要。在開發(fā)工程中利用UG中的WoldWizard模具設計技術并進一步加強了它的功能。IMOLD軟件提供給模具設計者一系列必須的工具，來對任何類型的產品進行模具設計。它完全集成于Solidworks的界面中，成為一個造型設計的整體，模具設計師通過它可以在一個裝配方案中進行包括設計方案管理、模具設計過程、加工和模具裝配的整個處理過程。它的無縫集成的特點使得用戶在工作時不需要離開Solidworks軟件或使用其他的設計軟件。IMOLD提供的一整套功能對模具設計者來說都是必不可少的，它們將幫助經驗豐富的設計師減少產品從設計到制造完成所需要的時間，從而大幅度提高生產率，它的界面直觀、友好并且具有互動性，這使得軟件的學習和使用成為一種愉快的事，減少了虛席和使用過程中的彎路。同時它的設計過程和方法包含的設計理論對模具初學者也具有極強的指導意義。
1.3.2IMOLD菜單/工具
選擇菜單欄中的“工具”——“插件”命令，彈出如圖所示的“插件”對話框，勾選IMOLDV8選項，加載所示的IMOLD工具欄。下面對該工具欄的幾項功能作簡單介紹。
注塑模向導工具欄
Solidworks插件對話框
（1）“數(shù)據(jù)準備”按鈕：數(shù)據(jù)準備模塊的功能是驚醒原始模型文件的調用、定位、復制等操作，以便為后續(xù)的設計提供合乎的三維模型。
（2）“項目管理”按鈕：在模型數(shù)據(jù)準備階段后，所有的設計方案都將從這一步開始進行?？梢酝ㄟ^它開啟一個已經存在的設計方案或者創(chuàng)建一個新的設計方案，在它的設置界面中還可以對設計方案所用的單位、塑料材料及相關文件的命名進行定義，還可以針對材料、外形等因素對零件設置不同方向上的不用收縮率。
（3）“型芯/型腔設計”按鈕：該模塊提供了創(chuàng)建型芯和型腔零件的功能，在模具業(yè)為數(shù)控加工提供型腔成型面這個過程一般成為分模，在每一個模具設計軟件中都提供有這個功能。在Solidworks中，這個模塊的功能非常強大，它首先創(chuàng)建于型芯和型腔零件的模塊，然后從模型零件上自動提取曲面進行分模，包括兩種分模方式：標準分模和緊接分模。根據(jù)產品模型的具體情況可以使用任一種或兩種方法創(chuàng)建型芯和型腔零件。并且這些創(chuàng)建方法均能保證產品模型和創(chuàng)建的型芯、型腔零件間的關聯(lián)關系。
（4）“布局設計”按鈕：該模塊提供了在多型腔布局的模具中安排各個型腔位置的功能，它的編輯功能還可以對已有的布局結構進行編輯、平移等操作，它的設計界面與Solidworks的功能設置界面相似。
（5）“澆注系統(tǒng)”按鈕：這個模塊用于創(chuàng)建注塑模的澆口和流道系統(tǒng)，包含各種常見澆口種類，還提供各種流道種類，以滿足不同設計需求。
（6）“模架設計”按鈕：這個模塊可以從系統(tǒng)提供的模架庫中調入設計多需的模架，并且在調用前有示意圖可以觀察模架參數(shù)，并進行設計各項參數(shù)。
（7）“頂桿設計”按鈕：這個模塊能在模架中指定的位置添加類型的頂桿，也可以通過它的設置界面自定義適合當前設計方案的頂桿。在這個模塊中還提供有修剪功能，用于將所有的頂桿修剪到型芯曲面上，在頂桿設置完成后還提供了從頂桿所通過的模板中自動生成槽腔的功能。
（8）“滑塊設計”按鈕：這個模塊提供了標準的滑塊組件，設計者可以很方便地加入一個或幾個側型芯，這樣可以加工出用于零件外側的內陷區(qū)域的成型部分。設計師軟件能夠自動考慮滑塊的位置、行程和斜導柱的角度之間的關系。該模塊提供的數(shù)據(jù)庫有兩種滑塊類型（標準型和通用型）用于模具設計。
1 模具的總體設計
1.1模具總體方案設計
設計模具時，首先要確定合適的注塑機，并了解它的技術規(guī)范要求：注塑機的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程、模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸,注塑機噴嘴孔直徑和噴嘴球頭半徑值。然后根據(jù)現(xiàn)有注塑機的規(guī)格、所要求塑件的質量、塑件成本及交貨期等，確定型腔數(shù)目。
澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口、冷料穴等。由于主流道與高溫高壓的熔融塑料接觸所以外面要加個澆口套。分澆道的形狀尺寸主要取決于塑件的體積、壁厚、形狀以及所加工塑料的種類、注射速率、分澆道長度等。主流道與分流道采用圓角過渡，這樣可以減小料流轉向過渡時的阻力。分流道的布置要均勻處理，確保熔融塑料由主流道到各分流道的距離相等。分流道表面不必很光，這樣可以使熔融塑料的冷卻皮層固定，有利于保溫。分流道與澆口采用圓弧過渡，有利于熔料的流動及填充。澆口是連接分流道和型腔的橋梁，它具有兩個功能：第一，對塑料熔體流入型腔其控制作用；第二，當注塑壓力撤銷后，澆口固化，封鎖型腔，使型腔中尚未冷卻固化的塑件不會倒流。根據(jù)制品的特點初采用點進料點澆口形式澆注系統(tǒng)。
型腔分型面和形狀的確定：注塑模有一個分型面和多個分型面的模具，分型面的位置有垂直于開模方向、平行于開模方向以及傾斜于開模方向幾種，分型面的形狀有平面和曲面等。根據(jù)制品的形狀采用單分型面分型。
排氣系統(tǒng)的設計：本模具采用間隙排氣，利用分型面的配合間隙自然排氣。
推出機構的設計：推動的動力來源有手動推出、機動推出和液壓與氣動推出機構。本設計可采用機動推桿推出，合模時復位桿首先與定模邊的分型面接觸，而將推板和所有的推桿一道推回原位。本模具設計采用塑件留在動模，要保證塑件不應推出變形或損壞，還要保證塑件的良好外觀和結構可靠。
1.2分析塑件的工藝性
1.2.1肥皂盒上蓋的造型設計
肥皂盒在我們的生活中非常普遍，幾乎每家都要用到。市場上也專門有各式各樣的肥皂盒出售，形狀各異，據(jù)了解很多肥皂盒的外形設計得比較好看，但是在進行模具設計時比較困難。此次設計的是肥皂盒上蓋，結構雖簡單，但實用性很好。此次是在solidworks軟件輔助下完成的。產品的三維模型圖如下:
圖1-1塑件三維模型圖
1.2.2塑件使用材料的種類及工藝特征
塑件為肥皂盒上蓋，選用的塑料品種為ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物），比重:1.05克/立方厘米。
基本特性：ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。 ABS樹脂是目前產量最大、應用最廣泛的聚合物，它將PS、SAN、BS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌、硬、剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落現(xiàn)象。
ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。
ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。
ABS工程塑料的缺點：熱變形溫度較低，可燃，耐候性較差。
成形特點：1、無定形料，流動性中等，吸濕大，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥80-90度、3小時。
2、宜取高料溫、高模溫，但料溫過高易分解(分解溫度為>270度)。對精度較高的塑件，模溫宜取50~60度，對高光澤、耐熱塑件，模溫宜60~80度。
3、如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變入水位等方法。
4、如成形耐熱級或阻燃級材料，生產3~7天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置。
1.2.3分析塑件的結構工藝性
該塑件結構簡單，精度要求不是很高。塑件的尺寸公差推薦值參考《模具設計與制造手冊》的2-17，塑件的精度等級參考表2-18。 建議采用的精度等級如下：
表2-18塑件的精度等價參考表
材料
高精度
一般精度
低精度
ABS
3
4
5
在此選用精度IT5。
1.2.4工藝性分析
為了滿足制品表面質量的要求和提高成型的效率，本設計采用側澆口，該澆口的分流道位于模具的分型面處，澆口橫向開設在模具的型腔處，從塑件側面進料，所以塑件外表面不受損傷，不會因澆口痕跡而影響塑件的表面質量與美觀的效果。
注塑成型工藝條件 ABS的注射工藝參數(shù)
(1) 注塑機類型：螺桿式
(2) 螺桿轉速（）：30
(3)預熱和干燥：溫度（）8085
時間（）23
（4） 料筒溫度（）：后段150170
中斷165180
前段180200
（5）噴嘴溫度（）：170180
（6）模具溫度（）：5080
（7）注射壓力（）：60100
（8）保壓壓力（）：4050
（9）成型時間（）：注塑2090；高壓05
成型周期50220；冷卻20120
（10）后處理：方法——紅外線、烘箱
溫度（）——70
時間 （）—— 24
2 注射機的型號和規(guī)格選擇
注射模是安裝在注射機上使用的。在設計模具時，除了應掌握注塑成型工藝過程外，還應對所選用注射機的有關技術參數(shù)有全面的了解，以保證設計的模具與使用的注塑機相適應。
2.1 注塑機的原理
注塑成型是熱塑性塑料的主要成型方法。它的成型過程是，塑料在塑料注射機的料筒中加熱到一定溫度，使熔融并保持流動狀態(tài)，然后在注射機擠壓系統(tǒng)的高壓下，定溫、定壓、定量地注射到閉合的模腔內成型，熔料經過冷卻固化成與模腔相對應的形狀，模具開啟后將成型的塑件頂出，其注射成型的工藝流程為：粒狀塑料——熔融塑料——注射機合?！鋮s定型——開?！敵觥尚退芗?。
2.2 注射機的選用
注塑機大小必須與模具大小相匹配。注塑機太小，難以生產出合格的制品；注塑機太大，運轉費用貴，且動作緩慢，增加了模具的生產成本。在選用注塑機時，一般要校核其額定注射量、鎖模力、注射壓力、模具在注射機安裝部分相關尺寸、開模行程和退出裝置等。
2.2.1塑件體積和澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
已知ABS塑料的密度，由solidworks軟件質量特性功能測得塑件體積=35.67，塑件的質量。
澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算:
澆注系統(tǒng)的凝料體積在設計之前是不能確定的數(shù)值，但是可以根據(jù)經驗按塑件體積的0.21倍來估算。由于采用的流道簡單并且較短，且塑件較小，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.2倍來計算，所以一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為：
2.2.2注塑機型號
初步采用一模兩腔形式，考慮到塑料品種、塑件結構、生產批量、注射工藝參數(shù)及注射模具尺寸大小等因素。參考《塑料模具設計手冊》，根據(jù)注射塑料的體積，可以選擇的注塑機有和或者更大注射量的注塑機，初選型螺桿式注射機.由參考文獻【7】表1-7知注塑機主要技術參數(shù)如下：
理論注射量：120 最大注射面積/ ：320
鎖模力/：900 模板行程/：300
最大模板厚度/：300 最小模板厚度/：200
拉桿空間（長×寬）：290×260 定位孔直徑/：100
噴嘴球半徑/:12 噴嘴孔半徑/：4
頂出孔徑/：50 注射壓力/：120
2.3 型腔數(shù)目的確定
模具型腔的數(shù)量通常是客戶或者產品工程部根據(jù)產品的批量、塑料制品的精度、塑料制品的大小、用料以及顏色來確定的。但作為一名模具設計工程師，還必須考慮塑料的成型工藝、成型設備以及模具的制作等其他因數(shù)，對于不合理的型腔數(shù)量，要提出自己的意見。
2.3.1 按注塑機的最大注射量確定型腔數(shù)目
根據(jù) （2-1）
得 即
考慮到塑件的精度和結構要求，每增加一個型腔，塑件的精度就會相應降低，所以決定采用一模兩腔形式，滿足初選的型腔數(shù)。
式中
n——型腔數(shù)目
——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
——注射機允許的最大注射量；
——單個塑件的質量或體積；
——澆注系統(tǒng)凝料量
2.4 型腔的分布
型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關，型腔排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)，從總壓力中均等地分布得所需的足夠壓力，以保證塑件熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內在質量均已穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，盡可能采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。本模具型腔垂直對稱分布，能保持注射過程中澆注系統(tǒng)的平衡。型腔布局如下圖：
圖2-1型腔分布圖
3 澆注系統(tǒng)的設計
注射模具澆注系統(tǒng)是將注塑機料筒中的熔融塑料從噴嘴高壓噴出后，穩(wěn)定而順暢地充入并同時充滿型腔的各個空間的通道。它在沖模及塑料固化后過程中還將注射壓力平衡地傳遞到型腔的各個部位，以獲得填充殷實、完整、質量優(yōu)良的塑件。
3.1 主流道設計
主流道是指緊接注塑機噴嘴到分流道為止的那一段錐形流道，熔融塑料進入模具時首先經過它。其直徑的大小與塑料流速及沖模時間的長短有密切關系。
根據(jù)選用XS-ZY-125型號的注塑機，由參考文獻【7】第77至88頁可以得到注塑機噴嘴的有關尺寸為：
噴嘴孔直徑
噴嘴前端球面半徑SR=12mm
主流道相關尺寸的計算：
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關系 得
1.主流道進口端球面半徑SR=+(1~2)=12+1=13mm
2.主流道進口端孔直徑
3.主流道大端直徑（取錐角）
4.主流道長度 由標準模架結合模具結構確定
5.澆口套總長
為了便于凝料從主流道中拔出，錐角，錐孔內壁粗糙度為0.8，圓錐孔大端處應有。
3.2 主流道襯套形式
主澆道要與高溫塑料和噴嘴反復接觸和碰撞，容易磨損，對材料的要求比較高，故將其分開設計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質鋼材進行單獨加工和熱處理。主澆道澆口套用四個螺釘均布固定，其固定形式如圖所示：
圖3-1主澆道澆口套及其固定形式
主流道小端入口處于注塑機噴嘴反復接觸處，屬于易損件，對材料要求較嚴格。因而模具主流道部分設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套以便有效的選用優(yōu)質鋼材進行單獨加工和熱處理，常采用碳素工具鋼。如T8A，T10A等，熱處理硬度為50HRC~55HRC。
3.3 分流道的設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置。分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。
分流道在分型面上的布置與型腔排列有關，但應遵循兩方面的原則：
1、 排列緊湊，縮小模具板面尺寸；
2、 流程盡量要短，鎖模力力求平衡。
該模具的流道位置的布置采用平衡對稱式，每個塑件用兩個澆口進料，這樣彎折少，長度短，注射過程中保持平衡，達到很好的效果。
3.3.1分流道的形狀和尺寸
分流道的截面形狀有圓形、六邊形、半圓形、梯形、矩形、U形等。斷面的比表面積直接關系到熔體的熱量損失和流動阻力，在其它條件相同時，比表面積越大則熱量損失和流動阻力也越大；反之亦然。
考慮塑料制件的結構，所用塑料的工藝特性、成型工藝條件及分流道的長度等因素，采用圓形截面的分流道，效率最高。由參考文獻【7】表4-1的塑料常用分流道直徑推薦表范圍知ABS的范圍為4.8~9.5，因為ABS塑料流動性好，取分流道直徑為8。分流道表面的粗糙度去，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產生一定的速度差，以保證熔體流動時具有適宜的剪切率和剪切熱。
3.4 澆口的設計
澆口是連接分流道與型腔之間的一段細短通道，是澆注系統(tǒng)的最后部分，其作用是使塑料以較快速度進入并填充型腔。它能很快冷卻封閉，防止型腔內還未冷卻的熔體倒流。設計時須考慮產品尺寸、截面尺寸、模具結構、成型條件及塑料性能。澆口應盡量短小，與產品分離容易，不造成明顯痕跡。
在開設澆口時應注意以下幾點：
（1）澆口應開在能使型腔各個角落同時充滿的位置。
（2）澆口應設在制品壁厚較厚的部位，以利于補縮。
（3）澆口的位置選擇應有利于型腔中氣體的排除。
（4）澆口的位置應選擇在能避免制品產生熔合紋的部位。
（5）對于帶細長型芯的模具，宜采用中心頂部進料方式，以避免型芯受沖擊變形。
（6）澆口應設在不影響制品外觀的部位。
（7）不要在制品承受彎曲載荷或沖擊的部位設置澆口。
3.4.1 澆口類型的選用
澆口對沖模流動和補料時間起著控制性作用。根據(jù)澆口的位置選擇要求，盡量縮短流動距離，避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷，澆口應開設在塑件壁厚處等要求。常見的澆口形式及各自優(yōu)缺點如下：
（1）側澆口：屬于小澆口的一種，截面形狀簡單，加工方便，能對澆口尺寸進行精細加工，表面粗糙度小。可根據(jù)塑件形狀特點和沖模需要，靈活地選擇澆口位置。由于截面尺寸小，因此去除澆口容易，痕跡小，制品無熔合線，質量好。 （2）點澆口：澆口尺寸很小，開模時容易自動切斷，熔接痕小。易取得澆注系統(tǒng)的平衡，也利于自動化操作，但壓力損失過大，收縮大，塑件易變形，同時在定模部分需另加一個分型面，以便燒口凝料脫模。
（3）護耳澆口：適用于小尺寸澆口會產生噴射場合，但成型后加工余量大。 （4）直澆口:注塑壓力和熱量損失小，固化時間長，延長了補料時間，補縮效果好，但澆口附近易產生殘留內應力，澆口處易產生縮孔、氣泡、開裂、縮孔等缺陷。。
綜合考慮塑料特點和模具結構，比較上述幾種澆口的特點選擇側交口澆注形式，加工容易，修整方便，并可根據(jù)塑件的形狀特征靈活地選擇進料位置，對各種塑料的成型適應性均較強。
3.4.2側澆口的結構尺寸
由于側澆口的種類較多，由《塑料模具設計手冊》之二表5-45得ABS塑料的推薦側進料口尺寸（），如下：
表5-45 ABS塑料的推薦側進口尺寸表
塑件壁厚
進料口寬
進料口深
進料口長
1.0
1.41.8
11.4
0.8
1.5
1.62.2
1.21.6
2.0
2.03.0
1.41.8
2.5
2.53.8
1.62.4
由上表取深度，寬度,長度。其尺寸實際應用效果如何，應在試模中檢驗與改進。
4 冷卻系統(tǒng)的設計
冷卻系統(tǒng)在模具設計中是很重要的一部分，冷卻水道的布置對成品的質量尤為重要，下表是模具溫度對成品的影響。
表3-1不正常模溫對塑件質量的影響
模具溫度
塑件質量情況
現(xiàn)象
過高
縮孔
在壁厚部分，易冷卻地方先硬化，未冷卻的地方先收縮，而產生縮坑。模具溫度過高易產生縮孔
溢料
因為模具具有間隙，當溫度過高，型腔內塑料粘度低，流動大，易從縫隙溢料
不均勻
變形
各部位冷卻不均，造成收縮不一致，產生變形
過低
填充不良
溫度過低，型腔內塑料粘度高難流動，填充不均
熔接焊
兩股料流匯合時，由于模溫低，產生不能完全熔合而出現(xiàn)類似毛發(fā)狀的細紋線
表面不光澤
出現(xiàn)表面不十分有光澤的情況
溫度調整不得當
機械性能不良
當模溫過高或過低時，對部分塑料，結晶不良造成機械性能不良
由上表可以知道冷卻水道的位置取決于制品的形狀和不同的壁厚。原則上冷卻水道應設置在塑料向模具熱傳導困難的地方,根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設計原則,冷卻水道應圍繞模具所成型的制品,且盡量排列均勻一致。設計冷卻水道需考慮如下因素：
a.模具的結構形式，對冷卻系統(tǒng)設計直接有關；
b.模具的大小和冷卻面積；
c. 塑件熔接痕位置；
d. 水孔邊離型腔的距離一般保持在10～25mm，距離太近則冷卻不易均勻，太遠則效率降低。水孔以直徑一般在8mm上，根據(jù)模具大小決定；
e.水孔管路應暢通無阻；
f.水管接頭的位置應放在盡可能不影響操作的一側；
g.冷卻水孔管路最好不開在型腔塑料溶接的地方，以免影響塑件強度。
4.1 冷卻系統(tǒng)冷卻參數(shù)的計算
設定模具平均工作溫度為,用常溫的水作為模具冷卻介質，其出口溫度為.
1.計算所需冷卻水量：
（4-1）
式中；——通過模具的冷卻流量（g）；
——單位時間內進入模具的塑料重量（g）；
——每克塑料的熱容量（J/g）；
——出水溫度（）；
——入水溫度（）；
——熱傳導系數(shù)；
由式上式計算得：=600g
2.計算冷卻水道的直徑d：
（4-2）
式中：——冷卻液密度（g/m2）；
——冷卻水道的長度（cm）；
由式上式計算得：水道直徑為5.8mm，取水道直徑為8mm，冷卻效果更好良好。
4.2 冷料穴的設計
冷料穴是用來接收冷料，防止冷料進入燒注系統(tǒng)的流道和型腔，同時還是在開模時將主流道和分流道的冷凝料勾住，使其保留在動模一側，便于脫模的功能。
冷料穴設計在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道大端直徑相同或稍大一些，深度約為直徑的1~1.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積。選用端部為Z字形拉料桿形式的冷料穴，如下圖：
圖4-1
4.3 排溢系統(tǒng)的設計
在注塑熔體填充注射模腔過程中，模腔內除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸氣，塑料局部分解產生的低分子揮發(fā)氣體，塑料助劑揮發(fā)（或化學反應）所產生的氣體及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等。這些氣體如果不能被熔融塑料順序地排出模腔，將在制件上形成氣孔、接縫、表面輪廊不清、不能完全充滿模腔，同時，還會因為氣體被壓縮而產生的高溫灼傷制件，使之產生焦痕、色澤不佳等缺陷。排氣系統(tǒng)應保證迅速、有序、暢通。排氣速度與注射速度相適應。
模具的排氣可以利用排氣槽排氣、分型面排氣，利用型芯、推桿、鑲件等的間隙排氣。
該模具為中型模具，可以通過分型面和頂桿來排氣，不需設置排氣槽。排氣間隙以不產生溢料為限，取為。
4.4 分型面的選擇設計
分型面的設計原則：
（1）分型面應選擇在塑件外形的最大輪廓處，才能使塑件從模具中順利地脫模
（2）分型面的選擇應有利于塑件的脫模
（3）分型面的選擇要保證塑件的精度要求，光滑的表面不應設計成分型面以避免影響外面質量，要求同軸度的部份要放到分型面的同一側，以保證同軸度要求
（4）分型面作為主要排氣渠道，應將分型面設計在熔融塑料的流動走未端，有利于型腔內氣體排出
（5）應使模具零件易于加工。
不論塑件的結構如何以及采用何種設計方法都必須首先確定分型面，因為模具結構很大程度上取決于分型面的選擇，為保證塑件能順利分型，主分型面應首先考慮選擇在塑件外形最大輪廓處。
圖4-1分型線
圖4-2分模爆炸圖
5 成型零部件機構的設計與計算
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件成為成型零件，包括凹模、型腔、型芯、鑲塊等。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高雅、料流的沖刷。脫模時與塑件間發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。
設計成型零件時，應根據(jù)塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式，排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵零件進行強度和剛度校核。
5.1 成型零件結構設計
5.1.1 凹模的設計
凹模用以成型塑料制品的外表面，其結構特點隨著制品的結構和模具的加工方法而變化。凹模有整體式和組合式兩種。組合式凹模的剛性不及整體式，且易在塑料制品表面留下痕跡，影響外觀，模具機構也比較復雜，本次設計的凹模是在定模扳進行加工并進行成型的。
對小型塑件采用多型腔模具成型時，各單個型腔采用機械加工、冷擠壓、電加工等方法加工制成。該凹模形狀及尺寸的一致性好，更換方便，加工效率高，可節(jié)約貴重金屬。
5.1.2 型芯的設計
型芯又叫凸模或陽模，是構成塑件內部幾何形狀的零件。型芯包括主體型芯、小型芯、側型芯和成型桿以及螺紋型芯等。主型芯的結構形式也分為整體式和組合式，由于設計的制件結構教簡單，所以選用整體式結構，加工方便，簡化了結構。小型芯常單獨制造，再嵌入模板中，最簡單的是用過盈配合直接從模板上面壓入，但是要在型芯下部鉚接，主要是為了防止配合不緊密時被拔出的問題。
圖5-2型芯
5.2 型芯和型腔工作尺寸計算
塑料模具型腔在成型過程中受塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側壁和底板厚度過小，可能因強度不夠而產生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產生撓曲變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。因此，應通過強度和剛度的計算來確定型腔壁厚，尤其對重要的精度要求高的模具型腔，更不能單純憑經驗來確定型腔壁厚和底板厚度。
由參考文獻【7】第145至146頁得到如下公式：
ABS塑料的收縮率是
平均收縮率：
型腔的徑向工作尺寸：
型腔的深度尺寸：
型芯的徑向尺寸：
型芯的高度尺寸：
式中 D-----型腔的最小基本尺寸；
---塑件的最大基本尺寸；
----塑件的公差；
----模具的制造公差，取；
H-----型腔深度的最小基本尺寸；
---塑件的最大基本尺寸；
-----型芯的最大基本尺寸；
----塑件的最小基本尺寸；
-----型芯高度的最大尺寸；
----塑件內形深度的最小尺寸。
5.2.1 型腔工作尺寸的計算
由《互換性與測量技術》表3-4按IT5查得各基本尺寸的公差值，按IT9級公差選取。
5.2.2型芯工作尺寸的計算
6 合模導向機構的設計
為了保證注射模準確合模和開模，在注射模中必須設置導向機構。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式。
設計要點：
1.導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后變形。
2.該模具采用4根導柱，其布置為等直徑導柱對稱分布。
3.該模具導柱安裝在支撐板上，導套安裝在定模固定板上和推板上。
4.為了保證分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應有承屑槽，即可削去一個面或在導套的孔口倒角，該模具采用后者。
5.在合模時，應保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。
6.動定模板采用合并加工時，可確保同軸度要求。
6.1 導柱的設計
導柱導向機構的主要零件是導柱和導套。導柱既可以設計在動模一側，也可以設計在定模一側，應根據(jù)模具結構來確定。標準模架的導柱一般設計在動模部分。在不妨礙脫模的條件下，導柱通常設計在型芯高出分型芯面較多的一側。
導柱導套的技術要求：
長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出8—12 cm，以免出現(xiàn)導柱末導正方向而型芯先進入型腔的情況。
形狀 導柱前端應做成錐臺形，以使導柱能順利地進入導向孔。
材料 導柱應具有硬而耐磨的表面和堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼（經表面滲碳淬火處理），硬度為50—55HRC。
數(shù)量及布置 導柱應合理布置在模具分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具強度。
配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6的過渡配合，導柱的導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
圖6-1導柱
6.2 導套的結構設計
設計時采用標準導柱、導套
材料 用與導柱相同的材料制造導套，其硬度應略低與導柱硬度，這樣可以減輕磨損，一防止導柱或導套拉毛。
形狀 為使導柱順利進入導套，導套的前端應倒圓角。導向孔作成通孔，以利于排出孔內的空氣。
固定形式及配合精度：本設計導套用H7/r6配合鑲入模板。
圖6-2導套
7 脫模推出機構設計
在注塑模中，將冷卻固化后的塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具中安全無損壞地推出的機構稱為脫模系統(tǒng)，也叫推出系統(tǒng)或頂出系統(tǒng)。本次設計采用推桿推出機構。
7.1 脫模機構的設計原則
1.因為塑料冷卻收縮時抱緊凸模，所以頂出力的作用點應盡量靠近凸模；
2.頂出力應作用在塑件剛性和強度最大的部位，如加強條、凸緣、壁厚等處，
作用面積盡可能大些，以防止塑件變形和損壞；
3.為保證良好的塑件外觀，頂出位置應盡量設在塑件內部或對塑件外觀影響不
大的部位；
4.若頂出部位需設在塑件使用或裝配的基面上時，為不影響塑件尺寸和使用，一般頂桿與塑件接觸處凹進塑件0.05～0.1mm，否則塑件會引起凸起，影響基面的平整。
7.2 推桿的結構形式及形狀
推桿包括圓推桿、扁推桿及異形推桿。因制品的幾何形狀及型腔結構等的不同，所用推桿的截面形狀也不盡相同，其中圓推桿退出時運動阻力小，推出動作靈活可靠，損壞后也便于更換，再此選用推桿的截面形狀為圓形。如下圖：
圖7-1推桿
7.3 推桿的固定方式
如下圖，是最常見的一種結構形式。從圖中看出，除了配合部分外，其余部分都有0.5的單邊間隙；一部分是為了排氣需要外，其余都是為了防止在做模時產生的孔距誤差，引起組裝后產生蹩勁的現(xiàn)象。給頂桿底部固定部分以較大的自由度，調正位置并定心自如后再用螺栓緊固。
圖7-2推桿固定方式
7.3.1推件力的計算
對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計算，并確定其脫模力（Q）：
(7-1)
式中 --型芯或凸模被包緊部分的斷面周長（cm）;
--被包緊部分的深度（cm）;
--由塑件收縮率產生的單位面積上的正壓力，一般取
；
--磨擦系數(shù)，一般?。?
--脫模斜度；
7.3.2推桿的設計
①推桿的強度計算 查《塑料模設計手冊之二》式5-93得
d=（） (7-2)
d——圓形推桿直徑cm
——推桿長度系數(shù)≈0.7
l——推桿長度cm
n——推桿數(shù)量
E——推桿材料的彈性模量N/(鋼的彈性模量E=2.1107N/)
Q——總脫模力
取 。
②推桿壓力校核 查《塑料模設計手冊》式5-94
= (7-3)
取320N/mm2
<，推桿的應力符合要求，硬度為HRC50～65
8 模架的選型
在模具設計時，應根據(jù)塑件圖樣及技術要求，分析、計算、確定塑件形狀類型、尺寸范圍、壁厚、孔型及孔位、尺寸精度及表面性能要求以及材料性能等，以制定塑件成形工藝，確定進料口位置、塑件重量以及每個模塑件數(shù)，選定注射機的型號及規(guī)格。選定的注射機必須滿足塑件注射量以及成型壓力等要求。為保證塑件質量，還必須選用標準模架，以節(jié)省設計和制造時間保證模具質量。
塑料注射模中小型模架標準中規(guī)定，模架的周界尺寸范圍≤560mm×900mm，此次選擇的模架型號為龍記標準模具220×315，結構形式如下：
圖8-1模架
常見的支撐件有墊塊和支撐住。在該模具中，選擇的支撐件為墊塊。墊塊的作用主要是在動模板與支撐板之間形成推