Hefei University
课程设计COURSE PROJECT
题目：盖的注塑模具设计
系别：机械工程系
专业：材料成型及控制工程（1）学制：四年
姓名：何涛
学号：0906031025
导师：张远斌
完成时间：2012 年 12 月20日
目录
（一）设计任务书 (3)
（二）设计与分析 (4)
第一章塑件成型工艺分析 (4)
1.1 塑件分析................................ .. (4)
1.2 ABS的性能分析................................ (5)
1.3 ABS的注射成型过程及工艺参数 (5)
第二章模具结构形式的拟定 (6)
2.1分型面的确定................................ .. (7)
2.2型腔数量和排列方式的确定................................ . (7)
2.3注射机型号的确定................................ .... (9)
第三章浇注系统的设计................................ . (11)
3.1主流道设计 (11)
3.2分流道设计 (11)
3.3浇口的设计 (12)
3.4冷料穴的设计与计算 (12)
第四章成型零件的结构设计及算 (12)
4.1成型零件的结构设计 (12)
4.2成型零件钢材的选用 (13)
4.3成型零件工作尺寸的计算 (13)
4.4成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 (15)
第五章模架的确定 (16)
5.1各模板尺寸的确定 (16)
5.2模架各尺寸的校核 (16)
第六章冷却系统的设计 (17)
6.1冷却介质 (17)
6.2冷却系统的简单计算 (17)
第七章模具推出机构的设计 (18)
7.1推出方式的确定 (18)
7.2脱模力的计算 (19)
第八章导向与定位机构的设计 (20)
第九章总装图和零件图的绘制 (20)
参考文献 (21)
（一）设计任务书
盖，根据图示的塑件图设计一套注塑模。大批量生产；精度：MT5。材料ABS。
（二）设计与分析
第一章塑件成型工艺分析
1.1 塑件分析
1.1.1、外形尺寸分析
该塑件壁厚为3mm，其外形尺寸不大，同时塑料熔体流程不太长适合于注塑成型。
1.1.2、精度等级分析
塑件的精度等级为MT5，属于较低精度的塑件，未注公差尺寸均是按此等级来取的。
1.1.3、脱模斜度
ABS属无定型材料，成型收缩率较小，为（0.4～0.7）%，按照表1-1选择型芯和凹模的统一脱模斜度为1°。
表1-1 常用塑料的脱模斜度
1．2 ABS的性能分析
1.2.1 使用性能
ABS塑料综合性能良好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。
1.2.2 成型性能
①无定型塑料其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。
②吸湿性强该塑料含水量小于0.3﹪（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件硬要求长时间预热。
③流动性中等溢边料0.04mm左右。
④模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈白色痕迹。
1.2.3 ABS的主要性能指标见表1-2。
表1-2 ABS的性能指标
1.3 ABS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PE的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于PE吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。
2、注射过程塑料原料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，处理温度60～75℃，处理时间为16∽20s。
1.3.2 注射工艺参数
1、注射机：螺旋式，螺杆转数为30r/min。
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（℃）：50～80。
5、注射压力（Mpa）：60～100。
6、成型时间（s）：30s（注射时间取1.6s，冷却时间20.4,辅助时间8s）。
第二章模具结构形式的拟定
2.1 分型面的确定
2.1.1分型面的形式
分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件等有关，常见的形式有：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面和平面、曲面分型面。
2.1.2分型面的选择原则
1、符合塑件脱模的基本要求，就是能使塑件从模具中取出，分型面位置应设在脱模方向最大的投影边缘部位；
2、分型线不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面；
3、确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观面；
4、确保塑件质量；
5、应尽量避免形成侧孔、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；
6、满足模具的锁紧要求，将塑件投影面积大的方向放在定、动模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面；另外，分型面是曲面的，应加斜面锁紧；
7、合理安排浇注系统特别是浇口位置，有利于开模；
2.1.3本设计分型面的选择
通过对塑件结构形式的分析，同时根据以上分型面的选择原则综合考虑，决定将分型面选在塑件截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图2-1所示。
图2-1
2.2型腔数量和排列方式的确定
2.2.1型腔数量的确定
该塑件采用的精度是MT5，属于较低精度，且生产批量为大批量生产，故可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到模具结构尺寸与塑件尺寸之间的关系，
加之制造成本和经济利益的因素，决定选用一摸两腔的模具结构形式。
2.2.2型腔排列形式的确定
1、型腔排列的一般原则
（1）流动长度要适当，流道废料尽量少，浇口位置要合适统一，进料要平衡，还要使型腔压力平衡；
（2）排位应保证流道、浇口套距定模型腔边缘有一定距离，以满足封胶要求；
（3）排位应满足模具结构等的空间要求；
（4）为了使模具达到较好的冷却效果，排位应注意螺钉、推杆对冷却水孔的影响，预留冷却水空的位置；
（5）排位要尽可能紧凑，以减小模具的外形尺寸，且长宽比例要始适中，同时也要考虑注射机的要求。
2、型腔排列形式的确定
综合考虑上述排列原则及加工难度、经济性、效率、成本等因素，又由于本设计选择的是一摸两腔，故采用直线式对称排列，如图2-2所示。
图2-2
2.2.3模具结构形式的确定
模具结构形式的确定从上面的分析可知，本模具设计属于一模两腔，对称直线排列，采用推模板推出的结构形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用点浇口。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。由上综合分析可知，选用单分型面注射模。
2.3注射机型号的确定
2.3.1注射量的计算
（1）注射量的计算设计分析计算得
塑件体积：V塑=106.642cm3
塑件质量：m塑=ρV塑=106.642x1.02=108.78g
式中ρ可取1.02g/cm3
(2)浇注系统凝料的体积初步估算浇注系统的凝料在设计之前是不确定值，
但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。
V总= V塑（1+0.3）x 2=277.3cm3
(3)选择注塑机总质量V总= V塑（1+0.3）x 2=277.3cm3并结合式子则有：
V总/0.8=277.3/0.8=346.6 cm3。.
根据以上计算量，初步选定公称注射量500cm3，注射机型号XS-ZY-500卧式注射机，详细参数下表：
表XS-ZY-500型注射机主要技术参数
2.3.4注塑机的相关参数校核
1、注射压力校核
查参【1】表4-1知，ABS 所需注射压力为80～110Mpa ,在这里取Mpa p 1000=，该注射机的公称压力Mpa p 104=公，0P ?公P 所以，注射机压力合格。 2、锁模力校核
（1）塑件在分型面上的投影面积1A ：
947624*5680*9612*21=++=πA 2mm
（2）浇注系统在分型面上的投影面积A 浇 ：
即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积。按照多型腔模的统计分析来确定，即A
浇是每个塑件在分型面上的投影面积的
0.2～0.5倍。由于本次设
计流道简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一点，这里取2mm 18959476*2.0==浇A 。
（3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A ：
A=113712mm
（4）模具型腔内的胀形力F 胀：
N 39798335*11371==胀F
式中模p 是型腔的平均压力值，通常取注射压力的20%～40%，大致范围为25～40Mpa 。对于粘度较大的塑料制品应取大值，ABS 塑料属于中等粘度的塑件，故取35Mpa 。
查表2-1，可得该注射机的公称锁模力F 锁=500KN ，锁F >胀F 所以，注射机锁模力合格。
第三章浇注系统的设计
3.1主流道设计
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型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动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动速度和充模时间。另外，由于其与高温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。
设计要点如下：
为使凝料能从其中顺利拔出，主流道通常设计成圆锥形，其锥角α=2°～4°，对于流动性较差的塑料可取α=3°～6°。内壁表面粗糙度一般为Ra=0.8μm。在本设计中，考虑到所采用的材料ABS加工性能较好，所以取α=3°。
主流道长度：26mm.
主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~0.1）mm=3.5mm
主流道大端直径：d`=d+2L主tanα≈6mm,式中α=3°
主流道球面半径：SR0=注射机的喷嘴球头直径+（1~2）mm=20mm
球面的配合高度：h=4mm。
在保证塑料良好成型的前提下，主流道L应尽量短，否则将增多流道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道长度由模板厚度确定，本设计采用的是L=26mm
由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此常将主流道加工成可拆卸的主流道衬套（浇口套），便于用优质钢材进行加工和热处理。本设计中采用的衬套材料为T8A钢，淬火50～55HRC，
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力减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。
（2）分流道的长度由于分流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时可尽量选小一点。单边分流道长度可取80mm.
(3) 分流道当量直径 D=3.8mm
(4) 分流道截面形状常用的分流道截面形状有圆形，梯形，U形等。本设计采用圆截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大。
(5) 分流道的截面尺寸取5mm。
(6)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，一般Ra1.25∽2.5um 此处Ra1.6 .另外，其脱模斜度一般在5°∽10°之间，这里取
脱模斜度为8°。
3.3、浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
本模具采用点浇口设计。其特点是浇口截面形状简单、易于加工、便于试模后修正。
（1）点浇口尺寸的确定
浇口深度。h=nt=0.7x3=2.1mm
式中，t是塑件的壁厚，这里t=3mm;n塑件成型系数，对于ABS其系数为n=0.7.
工厂设计时，浇口深度常常先取小值，故此处浇口深度为1mm.
(2) j计算浇口宽度B=2.4cm。
（3）计算点浇口长度。取1mm.
3.4冷料穴的设计与计算
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，防止冷料进入熔体型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。若该塑件表面要求没有印痕，采用推杆推出塑件，故采用于Z型拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对Z型头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。
第四章成型零件的结构设计及计算
4.1成型零件的结构设计
4.1.1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其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶嵌式四种形式。根据对塑件的结构分析本设计采用镶嵌式凹模。
4.1.2凸模的结构设计
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，因塑件包紧力较大，故设在动模部分。
4.2成型零件钢材的选用
根据对成型零件的综合分析，该塑件的成型零件需具有足够的耐磨性和良好的抗疲劳性能，又因为该塑件为大批量生成，所以凹模材料选用40Cr.对于大型芯而言由于开模时与塑件磨损严重，因此刚才选用高合金工具钢Cr12MoV 。而对于成型两小孔的型芯而言，型芯较小，但包紧力较大，型芯需散发的热量比较多，磨损也比较严重，因此也采用Cr12MoV 。
4.3成型零件工作尺寸的计算
采用参【1】表4.15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照精度MT5查表得出的公差计算。
4.3.1凹模径向尺寸的计算
塑件外部径向部分尺寸的转换：mm l s 3.02.01120+-==05.03.120-mm ，相应的塑件制造公差mm 5.01=?；0
5.03.02.023.8080-+-==mm l s ,相应的塑件制造公差mm 5.02=?。
()[]
083.00011166.1201++=?-+=z x l S L s cp M δ
()[]
083
.00
22244.801++=?-+=z
x l S L s cp M δ 式中，cp S 是塑件的平均收缩率，查参【1】表1-2可得ABS 得收缩率为0.3%～0.8%，其平均收缩率0055.02
008
.0003.0=+=
cp S ；21,x x 是系数，
查参【1】表4-15可知x 一般在0.5～0.8之间，此处取6.021==x x ；1?分别是塑件上相应尺寸的按相应精度差的的公差（下同）；1z δ是塑件上相应的尺寸制造公差，对于小中型塑件取?=6
1
z δ（下同）。
4.3.2凹模深度尺寸的计算
塑件高度方向尺寸的转换：塑件高度的最大尺寸mm H s 02,01.601.060-=±=，相应的mm s 2.0=?；
()[]
083
.00
013.601++=?-+=z x l S H s cp M δ
式中x 是系数，查参【1】表4-15可知x 一般在0.5～0.8之间，此处取x=0.6。 4.3.3型芯径向尺寸的计算 1、凸模型芯径向尺寸的计算
塑件外部径向部分尺寸的转换：mm L s 3
.00
2.01.019.7374++-==，相应的塑件制造公差mm s
3.01=?；mm L s 3
.00
2.01.029.113114++-==，相应的塑件制造公差mm s
3.02=?。 ()[]
005.00111152.7411
--=?++=z x l S L s cp M δ ()[]
005.00222274.11412
--=?++=z x l S L s cp M δ
式中，21,x x 是系数，查参【1】表4-15可知x 一般在0.5～0.8之间，此处取
7.021==x x 。
2、凸模型芯径向尺寸的计算
()[]
016.00
333314.4013
++=?-+=δx l S L s cp M ()[]
016.00
444417.4614
++=?-+=δx l S L s cp M 式中，21,x x 是系数，查参【1】表4-15可知x 一般在0.5～0.8之间，此处取
8.021==x x 。
4.3.4型芯高度尺寸的计算 1、成型塑件内腔大型芯高度
塑件尺寸转换：mm mm h s 2
.00
19.591.060+=±=，相应的65.01=?
塑件尺寸转换：mm mm h s 2
.00
29.391.040+=±=，相应的65.02=? ()[]
mm x l S h z s cp M 0033.00111136.6011
--=?++=δ ()[]
mm x l S h z s cp M 0033.002
22225.4012
--=?++=δ
式中21,x x 是模具尺寸计算系数，查参【1】表4-15可知x 一般在0.5～0.8之间，此处取65.021==x x 。
2、成型塑件中心圆筒型芯高度
塑件尺寸转换：mm mm h s 2
.00
9.591.060+=±=，相应的65.0=? ()[]
mm x l S h z
s cp M 0033.0036.601--=?
++=δ
式中x 是模具尺寸计算系数，查参【1】表4-15可知x 一般在0.5～0.8之间，此处取x=0.65。
4.4成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算
4.4.1凹模侧壁厚度的计算
凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模深度有关，根据型腔的布置
第五章模架的确定
5.1各模板尺寸的确定
1、定模型腔板尺寸
塑件高度为62mm,凹模深度为60mm,又考虑到模板上还要开设水道，还需留出足够的距离，故该板厚度取80mm。
2、型芯固定板尺寸
按模架标准，板厚取40mm。
3、垫块尺寸
根据垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5～10）mm
=35+12.5+16+（5～10）mm =68.5～73.5mm，初步选定为80mm。
经过上述尺寸的计算，模架板面尺寸为200mm×315mm，模架结构形式为A4型的标准模架。其外形尺寸：宽×长×高=200mm×315mm×264mm。如图5-1所示。
5.2模架各尺寸的校核
根据所选注射机的参数来校核模具设计的尺寸。
1、模具平面尺寸315mm×355mm﹤700mm×850mm,校核合格。
2、模具高度尺寸310mm，300mm﹤310mm﹤450mm，校核合格。
3、模具的开模行程
12(510)(4040)(510)8590260()
S H H mm mm mm mm mm
=++=++=<开模行程因此，可知校核合格。
第六章 冷却系统的设计
6.1冷却介质
ABS 属于中等粘度材料，其成型温度及模具温度分别是200℃和50～80℃.所以模具温度初步选定位50℃，用常温水对模具进行冷却。
6.2冷却系统的简单计算
6.2.1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
2cm 5.215nV V V =++=塑分主V
2、塑件制品的质量
kg g m 21981.081.2195.21502.1==?=
3、塑件壁厚为3mm ，查参【1】表4-34得s t .420=冷。注射时间为1.6s,脱模时
间为8s ，则注射周期s s t t t t 308.61.420=++=
++=）（脱冷注。由此得每小时注射次数次次120)30/3600(==N 。
4、单位时间内注射入模具中的塑料熔体总质量：
h kg Nm W /38.2621981.0120=?==。
6.2.1其它相关参数的计算
1、单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q s :查参【1】表4-35直接可知ABS 的单位热量Q s 的值范围在（310～400）kJ/kg 之间，故可取Q s =370kJ/kg 。
2、计算冷却水的体积流量V q
设冷却水道入水口的水温为C 242=θ，出水口的水温C 251=θ，取水的密度3/1000m kg =ρ，水的比热容)/(187.4C kg kJ c ?=。则根据公式可得：
min /01295.03m q v =
3、确定冷却水路的直径d
当min /01295.03m q v =时，查参【1】表4-30可知模具冷却水孔的直径d=0.008m 。
4、冷却水在管内的流速v
s m d q v v
/296.46042
=?=
π
5、求冷却壁与水交界面得膜传热系数h
因为平均水温为23.5℃，查参【1】表4-31可得 6.8,f =则有：
()()
C h m kj h o d
v ???=
24187.4/105.32
.08
.0ρ6、计算冷却水道的导热面积A.
A=0.00612m
7、计算模具所需冷却水管的总长度L
0.00610.1301303.140.015
A L m m mm d π=
===? 8、冷却水路的根数x
设每条水路的长度为100mm ，则冷却水的根数为：130 1.3100
L x l =
=≈根。 为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。
第七章 脱模推出机构的设计
7.1推出方式的确定
本塑件圆周采用推板和推杆推出方式，为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在推杆与型芯之间留出0.2mm 的间隙，并采用锥面配合，如图7-1所示，可以
防止推杆因偏心而产生溢料，同时避免了推杆与型芯产生摩擦。
图7-1 型芯与脱模板
7.2脱模力的计算
7.2.1圆柱大型心脱模力
因为103.113
34>===
t r λ，所以，此处视为薄壁圆筒塑件，根据参【1】式4-24，脱模力为
N
A
K f tESL F .6345634
14.31.0)
1cos 1sin 45.01)(3.01()1tan 45.0(1cos 270055.0108.1314.321.0)1()
tan (cos 2232
=??+??+--????????=+--=
μ??π7.2.2校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 1、推出面积
2222224.5348)3440(4
)(4
mm mm d D A =-=
-=
π
π
2、推出应力
1.2 1.21024
2.3
11.953348.54
F Mpa Mpa Mpa A σ?=
==<，合格。
第八章 导向与定位机构的设计
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。按作用分为模外定位和模内定位。模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、定模之间的精密定位。本模具所成形的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。
第九章 总装图和零件图的绘制
经过上述一系列计算和绘图，把设计结果用总装图来表示模具的结构，零件图可由总装图来拆分。详图见CAD 图纸。