摘 要
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类， 因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注 塑产品提出了基本的设计原则； 详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出 系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明；最后介绍了当今世界上最为普及的三维 CAD/CAM 系统标准软件 PRO/ENGNEER 的 PROGRAM模块，对导柱和导套进行了参数化设计。
通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解 模具结构及工作原理；通过对 PROGRAM 的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的 提高工作效率。
关键词：塑料模具；参数化；镶件；分型面
Summary
The plastics products to have already with daily life wait the aspect to acquire the extensive application at the industry, agriculture, national defense. Especially in the electronic industry then and particularly for outstanding. Electronics product that the outer shell spare parts that exaltation is mostly plastics function that request the high quantity. Type craft with product the design.
The plastics products of the type method is a lot of. Among them most of inject, die-casting to compatibly press type etc. But inject the mold, extrude, extrude roughly share type total amount of 60% above inject the type is divided in to add the material, meltdown plastics, and inject to make piece to cool off with make the piece to take off the mold to wait five steps. Certainly if make use off the electricity control. Can realize half auto or automatic homework.. Because inject the mold the type`s extensive suitable for use, exactly the basic point of departure of my this design.
第一章 前 言
1.1 模具工业在国民经济中的地位
模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液 态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，
材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术 水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志， 它在很大程度上决定 着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益 受到人们的关注。早在 1989 年 3 月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的 决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分， 又是高新技术产业化的重要领 域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成 为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零 件，组件和部件的生产加工。
模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具 市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场 占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工 业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽 车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。 一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将 不断换型，汽车换型时约有 80％的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第 一，据统计，中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型，1000 多个型号。单辆摩 托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号 的摩托车生产需1000副模具， 总价值为1000 多万元。 其他行业， 如电子及通讯， 家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。
目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士 等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只 要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸 渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对 于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。
1.2 各种模具的分类和占有量
模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡 胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一 般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。
（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占 模具总数的 50％以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口 模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压 印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。
（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。
按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻 机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模， 楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模 具，等温模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35％， 而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤 出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。
（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温 和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具 总数的6％。
（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模 有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。
模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料， 铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合， 其复杂程度显而易见。
Ⅱ自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供 了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总 产值在 1990 年仅 60 亿元人民币，1994 年增长到 130 亿元人民币，1999 年已达 到 245 亿元人民币，2000 年增至 260~270 亿元人民币。今后预计每年仍会以 10℅~15℅的速度快速增长。
1.3 我国模具工业的现状
目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业 模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和 私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等 省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私 营企业多达数千家， 成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之 一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞 争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名 集团都建立了自己的模具制造中心。 中外合资和外商独资的模具企业则多集中于 沿海工业发达地区，现已有几千家。
在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的 约占三分之一。 其中， 冲压模具约占50℅ （中国台湾： 40℅）， 塑料模具约占33℅ （中国台湾：48℅），压铸模具约占 6℅（中国台湾：5℅），其他各类模具约占 11（中国台湾：7℅）。
中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期
（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。
萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电 机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如 热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模 具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。
1981 年——1991 年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴 于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自 1982 年起，台湾地区就将模具产 业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产 品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电 业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起， 模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术， 所以台湾模具业 接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。
成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994 年，1998 年，由台 湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工 业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级， 朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实 力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。 整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能 力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电， 五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并 发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。
1.4 世界五大塑料生产国的产能状况
美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。早在 80 年代前期，美国 塑料产量就已达2000万吨之多，1986年增至23l0万吨，占全球总产量8100吨 的28.5％，此后美国塑料产量继续呈现稳定增长之势，1988年、1990年、1992 年、1994年、1996年和1998年分别增加到2710万吨、2810万吨、3010万吨、
占世界总产量的比例从1996年起提高到30％ 4000万吨和4360万吨，
3410万吨、
以上。2001 年美国塑料产量为 4170 万吨，其中以聚乙烯为最多，达 1500 多万 吨。 其次分别是氯乙烯650万吨、 聚丙烯720万吨、 聚苯乙烯对酞酸脂320万吨、 聚苯乙烯 280 万吨。国内塑料消费量(产量+进口量一出口量)，美国也是全球最 多的。美国的全部塑料消费量2001年为4280 万吨。美国人均塑料消费量也是很 高的，2000年为159公斤，2001年略减为155 公斤 ，居全球第3位。美国现有 各种大小塑料企事业单位1万多家，其中职工人数少于50人的占总数的53％， 50~l00 人的占 21％，100~500 人的占 23％，超过 500 人的占近 4％，职工总数 近90万人。在美国塑料制品加工业的就职人数达110万，2001年的出货金额为
2150亿美元，人均出货金额为195美元。
上世纪90年代初的1991年、
1992 德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一，
年和1993年， 德国塑料产量都为990多万吨， 1994年增达超过1000万吨的1110 万吨．1998年达近1300万吨，1999年为近1400万吨，2000年增至1550万吨， 超过日本为世界第2大塑料生产国， 2001年上升为1580万吨， 2002年已过1600 万吨。 2001年德国生产的种种塑料原料中， 聚乙烯为285万吨(低密度聚乙烯160 万吨，高密度聚乙烯125万吨)，氯乙烯175万吨，聚丙烯160万吨。德国2001 年的国内塑料消费量为 1280 万吨，其中聚乙烯 265 万吨，聚丙烯 155 万吨．氯 乙烯 152 万吨。德国人均塑料消费量 2001 年为 160 公斤，在世界上仅少于比利 时的172公斤，高于美国的155公斤，排在世界第2位。德国塑料制品加工业的 职工总计有近30万人，2001年的出货金额为360亿美元，人均126美元。德国 塑料制品加工企业中职工少于 50 人的占 44％，50~100 人的占 28％，100~500 人的占25％，500人以上的占4％。
中国塑料工业多年持续高速增长，1991 年产量仅为 250 万吨，1995 年增为 350万吨，1998年超过700万吨，到2002年已增达约1400万吨，超过日本而成 为世界第3大塑料原料生产国。中国今年塑料制品市场将持续走强，在包装、工 程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超 过 2500 万吨。其中包装塑料制品今年需求量将超过 850 万吨，工程塑料制品需 求量将达400万吨左右，建材塑料制品需求量将达300万吨以上，农用塑料制品 需求量将在500万吨左右，日用塑料制品需求量约为80万吨左右。
一直到1997 日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第2大塑料生产国。
年，日本塑料产量曾经连续多年增长，年产量在70年代中期就已达500多万吨， 1987 年突破 1000 万吨，1991 年达约 1300 万吨，1992 年和 1993 年因受日本经 济下滑的影响，产量略有减少，分别降至 1258 和 1225 万吨。从 1994 年起产量 再度增长，1994年、1995年和1996年分别回升到1300万吨、1400万吨和1470 万吨， 1997年的产量又比上年增长3.7％， 达到1521万吨， 首次超过1500万吨。 但这种增势在1998年受到遏制， 产量大幅度减少。 1998年， 日本塑料产量为1390 万吨，比上年减少了 8.7％。1999 年和 2000 年日本塑料产量分别回升到 1432 万吨和1445万吨，但仍远未恢复到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料 产量再度下降至 1400 万吨以下的 1364 万吨和 1361 万吨。2002 年日本塑料(原 料)产量减为1361万吨。而中国则增为1366 万吨，日本又退居第4位。
韩国塑料产量增长十分迅速，1986年超过 200万吨，1990年增达300万吨， 1992年突破500万吨，1994年、1996年和1997年分别上升到600多万吨、700 多万吨和 800 多万吨，1998 年产量增至 850 万吨，1999 年突破 900 万吨，2001 年达 1200 万吨，跻身于世界 5 大塑料生产国之列。韩国塑料原料产品中以聚乙
烯居首，2001年产量为340万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯180万 吨)，聚丙烯以 238 万吨排在第 2 位，其次分别是聚酯 161 万吨、氯乙烯 124 万 吨、ABS·AS树脂86万吨、聚苯乙烯77万吨。韩国国内塑料消费量2001年420 万吨，只相当于产量的 1/3 略高。人均塑料消费量 2001 年为 106 公斤，韩国塑 料制品加工业的职工总数2001年为3.1万人，出货金额为85亿美元，人均276 美元。
塑料产量位居世界前 10 名的国家和地区还有法国 660 万吨、比利时 600 万 吨、中国台湾598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为2001年产量)。
1.5 我国模具技术的现状及发展趋势
20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来， 并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我 国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以 15％的增长速度快速发展。 许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步 作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的 研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。 今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模 具制造强国。
中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水 平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48"（约 122CM）大屏幕彩电塑壳注 射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料 模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及 塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加 工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提 高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。
尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论 是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口 10 多亿美元的各类 大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的 差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际 先进水平的距离。
（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速 发展， 成型零件的大型化和精密化要求越来越高， 模具也将日趋大型化和精密化。
（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期， 降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日 渐广泛。
（3）推广 CAD/CAM/CAE 技术；模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具技术发展的一
个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向， 可显著地提高模具设计制造水平。
（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不 断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速 铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。 第二章 塑料的工艺分析
一、塑件材料的选择及其结构分析
1、塑件（手机外壳）模型图：
2、塑件材料的选择：选用 ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）。
3、色调：黑色。
4、生产批量：大批量。
5、塑件的结构与工艺性分析：
（1）结构分析
塑件为手机外壳的上半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键及手 机显示屏，后面有与后盖联接的塑料倒扣，所以应保证它有一定的装配精度；由 于该塑件为手机外壳，因此对表面粗糙度要求不高。
（2）工艺性分析
精度等级：采用5级低精度
脱模斜度：塑件外表面 40?－1°20? 塑件内表面 30?－1°（脱模斜度不包括在 塑件的公差范围内，塑件外形以型腔大端为准，塑件内形以型芯小端为准。）
二、ABS的注射成型工艺
1、注射成型工艺过程
（1）预烘干--→装入料斗--→预塑化--→注射装置准备注射--→注射--→保压--→ 冷却--→脱模--→塑件送下工序
（2）清理模具、涂脱模剂--→合模--→注射
2、ABS的注射成型工艺参数
（1）注射机：螺杆式
（2）螺杆转速（r/min）：30——60（选30）
（3）预热和干燥：温度（°C） 80——85
时间 (h) 2——3
（4）密度（g/ cm?）:1.02——1.05
（5）材料收缩率（℅）：0.3——0.8
（6）料筒温度（°C）：后段 150——157
中段 165——180
前段 180——200
（7）喷嘴温度（°C）：170——180
（8）模具温度（°C）：50——80
（9）注射压力（MPa）：70——100
（10）成形时间（S）：注射时间 20——90
高压时间 0——5
冷却时间 20——120
总周期 50——220
（11）适应注射机类型：螺杆、柱塞均可
（12）后处理：方法 红外线灯、烘箱
温度（°C） 70
时间（h） 2——4
三、ABS性能分析
1、使用性能：
①综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。
②耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。
③水、无机盐、碱、酸对 ABS几乎无影响。
④尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可 配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。
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，含水量应小于 0.3％，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求 长时间预热干燥。
③流动性中等，溢边料 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸
酯、聚氯乙烯好）。
④比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树 脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250 °C 左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取 50——60 °C，要 求光泽及耐热型料宜取 60——80 °C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用 柱塞式注塑机时料温为 180——230 °C，注射压力为 100——140 MPa，螺杆式 注塑机则取 160——220 °C，70——100 MPa 为宜。
⑤易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计 时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表 面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。
⑥ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取1 °以上。
⑦在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
3、ABS主要技术指标：
表1-1 热物理性能
密度(g/ cm?) 1.02—1．05 比热容(J·kg-1K-1) 1255—1674
导热系数 (W·m-1·K-1×10-2) 13.8—31.2
线膨胀系数
(10-5K-1)
5.8—8.6
滞流温度(°C) 130
表1-2 力学性能
屈服强度（MPa） 50 抗拉强度(MPa) 38 断裂伸长率(﹪) 35 拉伸弹性模量(GPa) 1.8 抗弯强度(MPa) 80 弯曲弹性模量(GPa) 1.4 抗压强度(MPa) 53 抗剪强度(MPa) 24
冲击韧度 (简支梁式) 无缺口 261
布氏硬度 9.7R121 缺 口 11
表1-3 电气性能
表面电阻率（Ω） 1.2×1013 体积电阻率（Ω·m） 6.9×1014
击穿电压（KV/mm） \ 介电常数（106Hz） 3.04
介电损耗角正切（106Hz）0.007 耐电弧性(s) 50—85
四、ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：
主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为 70°C左右热变形温度约为93°C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。 消除措施：加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预 热温度。
第二章 模具结构形式的拟定
一、确定型腔数量及排列方式
一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构；对于 精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时， 若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。型腔的数目可 根据模型的大小情况而定。
该塑件对精度要求不高，为低精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模两型的模 具结构。
二、模具结构形式的确定
1.多型腔单分型面模具： 塑件外观质量要求不高， 尺寸精度要求一般的小型塑件， 可采用此结构。
2.多型腔多分型面模具：塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件， 可采用此结构。
该塑件外观质量要求不高，是尺寸精度要求较低的小型塑件，因此可采用多型腔 单分型面的设计。
从塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出机构的设置以及浇口的位置。分型面 为单分型面垂直分型。
最常用的浇口形式有：第一是侧浇口。这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉，在 制造上加工比较方便，但不得因素是浇道流程长，热量损耗大，因此容易产生明 显的拼料痕迹。如果要得到改善，则需加大浇道尺寸，但随之浇道部份的回料增 多。其次塑料的进料口部分需去毛刺，这样既增加了去毛刺的工时，又损坏了周
围的美观。第二是点浇口。塑料注射时，在点浇口以高速注入型腔，一部份动能 转变为热能，因此塑料在会合时的热量损耗比侧浇口少，所以会合处熔合较好， 熔接痕不太明显。其缺点是塑件的正面将留下点烧口的痕迹，影响塑件的美观， 并且为了取出点浇口的浇道剩料，型腔必须移动。由于型腔重量较大，所以不方 便移动。第三种是综合上述两种浇口形式的优缺点，采用剪切浇口。因为塑件侧 壁距离横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺输助浇 口，从而使浇注系统进一步完善。这种浇口形式主要有以下优点：一是塑件表面 无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。二是浇口的位置 和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。 三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自 动化。从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用 以切断剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。
第三章 注塑机型号的确定
除了模具的结构、 类型和一些基本参数和尺寸外， 模具的型腔数、 需用的注射量、 塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安 装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关， 如果两者不相 匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核 来设计模具与选择注射机型号。
一、有关塑件的计算
1、体积 = 3.9420934 （cm?）
曲面面积 = 8.7216837 （cm2）
密度 = 1.05 (g/ cm?）
质量 = 4.1391980 (g)
二、注射机型号的确定
根据塑件的体积初步选定用XS-Z-60（卧式）型注塑机。
SZ-60/40（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表：
表 3-1 注塑机的主要参数
理论注射容积(cm?） 60 螺杆直径(mm) 30
注射压力(MPa) 180 注射速率(g/s) 70
塑化能力(g/s) 35 螺杆转速(r/min) 0—200
锁模力(kN) 400 拉杆有较距离(mm) 220×300
移模行程(mm) 250 模具最大厚度(mm) 250
模具最小厚度(mm) 150 锁模形式 双曲肘
模具定位孔直径(mm) ￠80 喷嘴球半径(mm) SR10
喷嘴口孔径(mm) ￠3 模板尺寸(mm) 200×315
三、注射机及型腔数量的校核
1、主流道的体积约为：
V(cm?) = 3.14×0.632×2.5 = 3.988
2、分流道与浇口的体积约为：
V(cm?) = 13×1.1304 = 14.6952
3、该模具总共需填充塑件的体积约为：
V(cm?) = 2 × 3.9420934 + 3.988 + 14.6952 = 26.5672
四、注射机及参数量的校核
1、注射量的校核
注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量 的80%以内。
在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和 浇注系统两部份容量或质量之和，即
V = nVz + Vj
或 M = nmz + mj
式中 V（m）——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量(cm?或g）；
n——型腔数目
Vz（mz）——单个塑件的容量或质量(cm?或g）。
Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(cm?或g）。
故应使
nVz + Vj ≤ 0.8Vg
或 nmz + mj ≤ 0.8mg
式中
Vg（mg）——注射机额定注射量(cm?或g）。
根据容积计算
nVz + Vj = 26.5672 ≤0.8Vg
可见注射机的注射量符合要求
2、型腔数量的确定和校核
型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件 的精度和生产的经济性等因数影响。
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得用系数，一般取0.8；
mN——注射机允许的最大注射量；
m 2——浇注系统所需塑料的质量或体积（g或cm?）；
m 1——单个塑件的质量或体积（g 或cm?）。
所以需要 n=2 符合要求
3、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核
注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值 越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型 面积， 则成型过程中将会出现溢漏现象。 因此， 设计注射模时必须满足下面关系： nA1 + A2 ﹤ A
式中 A——注射机允许使用的最大成型面积(mm2）
其他符号意义同前。
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： (nA1 + A2)p ﹤ F式中符号意义同前。
所以需要 2×40×95+9×80=83200﹤A 查得 ABS 的平均成型压力为30 （cm2/MPa） （2×4×9.5+0.9×8）×30=83.2×30=2.5﹤F符合要求
4、最大注射压力校核
注射机的额定注射压力即为它的最高压力pmax,应该大于注射机成型时所调用的 注射压力，即：
pmax﹥Kp0 很明显，上式成立，符合要求。
5、模具与注射机安装部份的校核
喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的 球面半径相适应。
模具厚度 模具厚度H（又称闭合高度）必须满足：
Hmin﹤H﹤Hmax
式中 Hmin——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距；
Hmax——注射机允许的最大模厚。
注射机允许厚度150﹤H﹤250符合要求。
6、开模行程校核
开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机的最 大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：
Smax ≥ s = H1 + H2 + 5—10mm
式中 H1——摧出距离（脱模距离）（mm）；
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。
开模距离取 H1 = 20
包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 = 40
余量取 8 则有：Smax ≥ s = 20+20+28 =68 符合要求。
第四章 分型面位置的确定
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺 有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
一、 分型面的形式
该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。
二、 分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性 及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响， 因此在选择分型面时应综合分析。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
① 分型面应选在塑件外形最大轮廓处
② 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
③ 保证塑件的精度
④ 满足塑件的外观质量要求
⑤ 便于模具制造加工
⑥ 注意对在型面积的影响
⑦ 对排气效果
⑧ 对侧抽芯的影响
在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确 定合理的分型面。
三、 分型面的确定
第五章 浇注系统的形式和浇口的设计
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。
一、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。
二、主流道的设计
主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间， 必须使熔体的
温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。
在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔 出，需设计成圆锥形，锥角为2°——6°。
1、主流道的尺寸
（1） 主流道小端直径
主流道小端直径 d = 注射机喷嘴直径 + 2 ～ 3
= 3 + 2 ～ 3 取 d = 5（mm）。
（2） 主流道的球半径
主流道的球半径 SR = 10 + 1 ～ 2 取 SR = 12（mm）。
（3） 球面配合高度
球面配合高度为 3 ～ 5 取 3（mm）。
（4） 主流道长度
主流道长度L，应尽量小于60mm，，上标准模架及该模具结构，取
L = 32（mm）
（5） 主流道锥度
主流道锥角一般应在2°——6°，取α = 4°，所以流道锥度为α/2=2°。
（6） 主流道大端直径
主流道大端直径 D = d+2Ltg（α/２）（α=4°）
≈ 6.3（mm）
（7） 主流道大端倒圆角
倒角 D/8 ≈ 0.6（mm）
根据以上数据和注射机的有关参数，设计出主流道如下图：
图 5-1 主流道形式
2、主流道衬套的形式
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），以便有效地选用优质钢材单独进 行加工和热处理。 一般采用碳素工具钢如T8A、 T10A等， 热处理要求淬火53 ～ 57 HRC。主流道衬套应设置在模具对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的
注射机喷嘴同一轴心线。
图 5-2 主流道的位置
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。 该模具尺寸较小，主流道衬套可以选用整体式。
三、冷料井的设计
在完成一次注射循环的间隔， 考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射 散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约 10～ 25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于 这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳， 如果这里相对较低的冷料进入型 腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷 料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷 料的井穴称为冷料井（冷料穴）。
1、 主流道冷料井的设计
主流道冷料井设计成带有摧杆的冷料井，底部由一根摧杆组成，摧杆装于摧杆固 定板上，与摧杆脱模机构连用。冷料井的孔设计成倒锥形，便于将主流道凝料拉 出。当其被摧出时，塑件和流料凝道能自动坠落，易于实现自动化操作。
2、分流道冷料井的设计
当分流道较长时，可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料井， 以储存前锋冷料，其长度为分流道直径的1.5～2倍。
四、分流道的设计
该模具为一模两腔的结构，应设置分流道。分流道的设计应能满足良好的压力传 递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过 程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
1、 分流道的截面面形状
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，为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采 用圆型截面。
2、 分流道的截面尺寸
分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工 艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。
（1）对于壁厚小于 3mm,质量在 200g 以下的塑件，可用下述公式确定分流道的 直径：
D = 0.2654W L
其中 D——流道直径（mm）；
W——塑件的质量（g）；
L——分流道的长度（mm）。
此式计算的分流道直径限于3.2 ～ 9.5 mm。
根据前面的计算数据，有
D = 0.265 × 4.139 × 55 ≈ 1.5 （mm）
故不在适应范围。
（2）根据分流道截面形状与流动理论长度的关系和《塑料成形工艺与模具设计》 表5-3，再考虑到 ABS的成型工艺性能，可确定分流道直径为6mm.
因此，分流道截面形状如下图所示：
图 5-6 分流道截面
3、分流道的长度
分流道的长度应尽量短，且少弯折。
分流道长度为
L = (50 + 15) × 2 = 110 （mm）
4、分流道的表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却， 只有中心部位的塑料熔体的流动 状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 0.63～ 1.6μm，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表
面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。
5、分流道的布置形式
分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，该模具为一模两腔，采用平衡 式布置。
平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必 须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料平衡。因此各个型腔的浇口尺寸也可 以相同，达到各个型腔均衡地进料。
该模具分流道为圆形截面，在定模座板和定模板上都开有分流道
五、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。
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；
浇口的面积通常为分流道面积的 0.03 ～ 0.09。浇口的截面有矩形和圆形两种。 浇口长度约为 0.5 ～ 2 mm 左右。浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下 限值，然后在试模时逐步修正。
1、 浇口的形式及特点
综合点浇口呼侧浇口两种浇口形式的优缺点，采用剪切浇口。因为塑件侧壁距离 横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺输助浇口，从 而使浇注系统进一步完善。这种浇口形式主要有以下优点：一是塑件表面无浇口 痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。二是浇口的位置和数量 可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。三是在 塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自动化。 从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用以切断 剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。
2、 浇口尺寸的确定
浇口结构尺寸可由经验公式，并由《塑料模具技术手册》之《轻工模具手册之一》