塑料模具设计与加工
题 目：支架塑料模具设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 时 间 ： 2011.11
目录
前言………………………………………………………………………3 第一章 塑件的工艺分析
1.1塑料成型的工艺性………………………………………………4 1.2塑料结构工艺性…………………………………………………5 1.3明确塑件生产批量………………………………………………6 1.4估算塑件的体积和质量…………………………………………7 1.5分析塑件的成型工艺参数………………………………………8
第二章 确定模架结构及模架选择
2.1确定成形方法……………………………………………………9
2.2 确定型腔数量及布局形式……………………………………10
2.3分型面的设计 …………………………………………………11 2.4浇注系统的设计…………………………………………………12
第三章 模具结构尺寸的设计计算
3.1型腔尺寸的计算…………………………………………………13
3.2型芯尺寸的计算…………………………………………………14
第四章 模架的选择
4.1 初选注射机………………………………………………………15 4.2 选择标准模架……………………………………………………16
第五章 注射机的校核
5.1 开模行程的校核…………………………………………………17
5.2模具在注射机上的安装………………………………………18
第六章 推出机构的强度校核
6.1 推板压力的校核………………………………………………18
6.2推板强度的校核……………………………......... 18
第七章 模具特点和工作原理
7.1 模具的特点…………………………………………………18
7.2 模具的工作过程……………………………………19
设计小结…………………………………………………………………20 参考文献…………………………………………………………………20
一、 前 言
塑料模具课程设综合实训是在具备了机械制图，公差与技术测量，材料及热处理，机械设计基础，机械制造技术，塑料模具设计，机械与自动化，数控加工技术等必要的基础知识与专业知识的基础上进行的。
本次课程设计课题来源于生产实际，应用广泛，但成型难度相对较难，模具结构相对复杂，对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以支架注塑模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构分析，最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程。能很好的达到学以致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时使用了AutoCAD 、UG 等软件。
由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师和同学批评指正。
1．塑料件的工艺分析
该材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS 塑料），塑料支架图如下：
1. 1塑料成型工艺性
ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物化学和物理特性 ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性： 丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性； 苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS 是非结晶性材料。 三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。 ABS 的特性主要取决于三种单体的比率以及两相 中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场 上百种不同品质的ABS 材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等 到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。 ABS 材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高 的抗冲击强度。 注塑模工艺条件 干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建
议干燥条件 为80~90C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210~280C；建议温度：245C 。 模具温度：25…70C。
（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力：500~1000bar。 注射速度：中高速度。典型用途 汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱， 大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体， 打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 1.2塑件的结构工艺性 1.2.1 塑件的分析
从零件图上分析，该零件总体形状为回转体，在一个直径为50mm 高为30mm 的圆柱中间有一个直径为26mm 高为25mm 和一个直径为42mm 高为5mm 的台阶孔，然后留壁厚1.5mm 。该塑件有凹槽，因此，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。 1.2.2 塑件的尺寸精度分析
该塑件所有尺寸的精度为IT14级，对塑件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关零件的尺寸可以保证。
从塑件的壁厚上来看，高塑件的所有壁厚均匀，均为1.5mm ，有利于塑件的成型。
1.2.3 塑件的表面质量分析
由实际用途可知，对该塑件表面没有什么要求，故比较容易实现。
综合以上分析，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求 就可以得到保证。 1.3 明确塑件生产批量
该塑件要求大批量生产。 1.4 估算塑件的体积和质量
按照塑件各部分体积近似计算：
V1=3.14×9×36×3=3052.08 V2=3.14×30×7.5×11=7771.5 V3=3.14×36×9×4=4069.44
V4=3.14×50×12.5×12=23550 V5=3.14×21×21×5=6923.7 V6=3.14×13×13×25=13266.5
故塑件的体积为：V=3025.08+7771.5+4069.44+23550－6923.7－13266.5=18225.82㎜
塑件的质量为：M=q ×v=1.06×18.23=19.3238 1.5分析塑件的成型工艺参数
干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80-90摄氏度下最少干燥2小时，材料温度应保证小于0.1摄氏度。
融化温度：210-280摄氏度；建议温度：240摄氏度。
模具温度：50-70摄氏度。模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致塑件光洁度较低。
注塑压力:50-70MP.注塑速度：中等速度。
根据塑件形状及尺寸的采用一模一腔的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺旋式注射机：XS-Z-60. 2 确定模具结构及模架的选择 2.1确定成形方法
塑件采用注射成型法生产。 因为该产品设计为大批量生产，故毕业的模具需要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用潜伏浇口，且因为塑件有凹槽，故采用侧型芯滑块及斜导柱等机构进行抽芯分型。
2.2 确定型腔数量及布局形式
该塑件在注射时采用一模一件，及模具需要一个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟定采取下图型腔排列方式。 2.3分型面的设计 2.3.1 分型面的设计原则
分型面是注射模中用以取出塑件或浇注系统凝料的可以分离的接触表面，是决定模具结构形式的重要因素。它影响到模具结构的复杂程度，也关系到塑件的成型质量。
故选择分型面时，应考虑以下基本原则： 1. 分型面应选在塑件外形的最大轮廓处 2. 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模。 3. 分型面的选择应保证塑件的精度要求。 4. 分型面的选择应满足塑件的外观质量要求。 5. 分型面的选择要便于模具的加工制造。 6. 分型面的选择应有利于排气。 2.3.2确定分型面
综上述原则，最后确定分型面的位置如下图：
2.4 浇注系统的设计 2.4.1 浇注系统的形式
浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道，分普通浇注系统和热流道浇注系统两种形式。它的设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具结构、塑件的利用率等有较大的影响。所以在设计时应考虑其设计原则：
1. 了解塑件的成型性能。 2. 尽量避免或减少产生熔接痕。 3. 有利于型腔中气体的排出。
4. 防止型芯的变形和嵌件的位移。 5. 尽量采用较短的流程充满型腔。 6. 流动距离比的校核。
综上所述，最后确定浇注系统的形式：采用普通浇注系统，由于一模一腔，无须设计分流道。
2.4.2 主流道的设计
根据《塑料模具设计手册》初步XS-Z-60型注射机喷嘴的有关尺寸： 喷嘴前端孔径:d =ø4㎜ 喷嘴前端球面半径：R 0=12㎜ 根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0+（1～2）㎜ d =d 0+(0.5～1) ㎜ 取主流道球面半径：R=13㎜ 取主流道的小端直径：d=ø5㎜
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2～6°，取4，经换算得主流道大端直径为D=ø8㎜ 。 2.4.3分流道的设计如图
2.4.3.1 分流道的形状和尺寸
分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速度、分流道的长度等因素来确定。本塑件的形状不复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的形状长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，查塑件模具设计手册得R=2.5㎜ 。
2.4.3.2分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流到表面粗糙度要求不太低，一般Ra 取1.6um 左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。 2.4.4浇口的设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用潜伏式浇口较为理想，如下图所示。设计时在模具结构上采用瓣合式型腔，潜伏式浇口锥角取10°～20°查《塑料模具设计手册》选尺寸为ø1㎜ ，试模时修正。
2.4.6 脱模原理
制品为支架，该模具采用侧轴芯机构来实现分型动作。 工作原理
模具分流道与侧浇口开设在凸模上，并有支架凸翼腔底进料。开模时滑块带动侧轴芯一起抽出，最后有椎板推出塑件制品。
3 模具结构尺寸的设计计算
为了降低模具加工难度和制造成本，在满足塑件使用的前提下，采用较低的尺寸精度。塑件精度等级与塑料品种有关，根据塑料的收缩率的变化不同，塑料的公差精度分为高精度、一般精度、低精度三种。 塑料制件公差表： 表3-1精度等级与公差数值
3.1 型腔尺寸的计算
查课本《塑料模具设计与制造》得塑料ABS 收缩率为0.3％～0.8％其平均收缩率 S =（0. 3％+0.8％）=0.55％
修正系数X 在计算型芯型腔径向尺寸时取0.5～0.75，则取X=0.75；计
算深度尺寸时X 取1∕3～1∕2，则取X=2∕3
模具制造公差δ，统一取尺寸公差的1∕3，即δZ =1∕3△
3.1.1 型腔径向尺寸的计算 对塑件尺寸ø360
+0.26
㎜，其尺寸公差为△=0.26
(L m ) 0
+δ
=［(1+ S )L S -X △］ 0
+δ
式中
L
δ
m
－凹模的径向基本尺寸；
ｚ－模具制造公差；
S －塑料的平均收缩率；
Ｌｓ－塑件外表面的径向基本尺寸；
△ －塑件的基本尺寸公差。
L
m
=［(1+0.0055)×36-0.75×0.26］0=ø36.000
+0.087
+(1/3)*0.26
㎜
对塑件尺寸ø30㎜，其尺寸公差为0.24
L m =［(1+0.0055)×30-0.75×0.24］0
=ø29.990
+0.08
+(1/3)*0.24
㎜
对塑件尺寸ø50㎜，其尺寸公差为0.28
L m =［(1+0.0055)×50-0.75×0.28］0
=ø50.070
3.1.2 型腔深度尺寸计算
对塑件尺寸3㎜，其尺寸公差为0.12 （H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0 则 Hm =［(1+0.0055)×3- Hm =2.940
+0.04 +δ
+δ
+0.09
+(1/3)*0.28
㎜
2
×0.12］+(1/3)*0.12 3
对塑件尺寸12㎜，其尺寸公差为0.18 （H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0
+δ
+δ
则 Hm =［(1+0.0055)×12- Hm =11.9460
+0.06
2+(1/3)*0.18
×0.18］0 3
对塑件尺寸16㎜，其尺寸公差0.20
（H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0
则 Hm =［(1+0.0055)×16- Hm =15.950
+0.667
+δ
+δ
2+(1/3)*0.20
×0.20］0 3
对塑件尺寸30㎜，其尺寸公差0.26
（H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0
则 Hm =［(1+0.0055)×30- Hm =29.9920
+0.0867
+δ
+δ
2+(1/3)*0.26
×0.26］0 3
3.2 型芯尺寸的计算
3.2.1 型芯径向尺寸的计算
对塑件尺寸ø26㎜，其尺寸公差为0.24 (L m ) -δ =［(1+ S )L S +X△］－δ
则 L m =［(1+0.0055)×26+0.75×0.24］-（1/3)0.24
=26.323-0.08㎜
对塑件尺寸ø42㎜，其尺寸公差为0.28 (L m ) -δ =［(1+ S )L S +X△］－δ
则 L m =［(1+0.0055)×42+0.75×0.28］-（1/3)0.28
=42.441-0.093㎜
3.2.2 型芯的深度尺寸计算
对塑件尺寸5㎜，其尺寸公差为0.14
（H m ）-δ=［(1+ S ) Hm -X△］-δ
则 Hm =［(1+0.0055)×5+ Hm =5.12-0.047
20
×0.14］-（1/3)0.14 3
对塑件尺寸25㎜，其尺寸公差为0.24
（H m ）-δ=［(1+ S ) Hm -X△］-δ
则 Hm =［(1+0.0055)×25+ Hm =25.298-0.08 3.2.3 型芯中心距尺寸的计算
对塑件尺寸60㎜，其尺寸公差为0.32
20
×0.24］-（1/3)0.24 3
（C m ）±δ/2=(1+ S )C s ±δ/2
1
Cm =(1+0.0055)×60±（）×0.32／2
3
C m =60.33±0.05 3.3 冷却系统的设计
塑件在注射成型时不要求有太高的模温，所以在模具上可不设加热系统是否需要冷却系统可作如下计算
设定模具平均工作温度为50℃，用常温20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为30，产量为（初选每两分钟一套）0.257㎏∕h 故冷却体积流量：
V=
Mq
60cp (T 1 T 2)
式中： V-冷却水体积流量
M-单位时间注射入模具内的树脂质量 q-单位时间内树脂在模具内释放的质量 c-冷却水的比热容 p-冷却水的密度 T1-冷却水出口处的温度 T2-冷却水进口处的温度
查的数值带入的：V=0.41×10 m ³/㎜
再查表可知冷却水道直径非常小，模具每分钟所需冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。（如下图冷却系统）
-4
4 模架的选择
4.1 初选注射机 4.1.1 浇注系统的重量
单件塑件重量 Ms =19.3238g
注射机额定注射量G b , 每次注射量不超过最大注射量的80﹪
即 n=0.8Gb -G j /Gg
式中 n-型腔数 Gj -浇注系统重量 Gg -塑件重量
Gb -注射机额定注射量 浇注系统估算结果： V1=
13
π(4²－1.5²) ×40=575.7㎜³
V2=π×4²×10=602.88㎜³ 2V3=2×π×3²×15=847.8㎜³
Vj =575.7+602.88+847.8=2026㎜³=2.026㎝³ 浇注系统重量 Gb =2.026×1.18=2.39g 设n=2 则得： Gb =nGS +Gj /0.8=14g 则总质量 M=14g
满足注射量：V 机≧V 剂料／0.8 式中： V机－额定注射
V 塑件-塑件与浇注系统凝料体积和
V机= V塑件／0.8=12.6325㎝³ 或满足注射量 M机≧M 塑件／0.8
M机= M塑件／0.8=14／0.8=17.5g 4.2 选标准模架
根据以上分析计算型腔尺寸及滑块位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。查《塑料模具设计与制造》选用：
A4型
定模底板后厚:25㎜ 定模板厚:A=30㎜ 滑块厚度:30㎜ 推板厚度:15㎜ 动模板厚:B=25㎜ 动模垫板厚:30㎜ 垫块厚度:C=50㎜ 下模座厚：20㎜
模具厚度：H 模=A+B+C+25+30+15+30+20=225㎜ 模具外形尺寸：160×200×225㎜
5 注射机的校核
由于在初选注射机和标准模架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、注射压力不必进行校核，已符合所选注射机要求。 5.1 开模行程的校核
注射机最大行程S S≧2H 件+H浇+（5～10）
式中 H件-塑件制品高度
H浇-浇注系统高度
2H件+H浇+（5～10）=2×30+40＋10=110㎜
S=184㎜﹥110㎜
故满足要求
5.2 模具在注射机上的安装
从标准模架外形尺寸看小于注射机拉杆空间，并采用压板固定模具，所以选注射机规格满足要求。 6 推出机构的强度校核 6.1 推板压力的校核
查《塑料模设计手册》 σ=
4Q
≦σs n π×d ²
Σs 取320N/㎜²
σ﹤σs 推杆应力合格 硬度50～65HRC 6.2推板强度校核
推板选用45钢，允许变形0.3㎜. 查《塑料模设计手册》的：
H = 式中 H —推板厚度 L —拉杆间距 Q —总脱模力 B —推板宽度
所以推板强度合格。
7 模具的特点和工作原理
7.1 模具的特点：
该模具是两板模，设计了1个水平分型面。设计了定距拉杆， 分型面是为了取出制件。该模具一模一件，，节省了成本，降低了制造周期，提高了生产效率。
7.2 模具的工作过程：
模具装配试模完毕后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下。
（1）对塑料ABS 进行烘干，并装入料斗。
（2）清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。 （3）合模、锁紧模具。
（4）对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。
（5）注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。 （6）脱模过程。制件的推出同一般注塑模具推出方式相同，即由注塑机推杆推动模具推板，从而推动推件杆将之间顶出。
设计小结
通过对骨架注塑模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，参考各类书籍，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用UG 软件就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。
模具UG 技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。
总之，通过课程设计的又一次锻炼完全清楚：注塑模的整个设计过程，同时充分利用UG 技术进行设计，并在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美并且实用性更强的模具。
这次设计能顺利完成，需要感谢陈志祥、黄延平、朱传福老师的精心指导。但错误之处在所难免，望批评指正。
非常感激！
参考文献：
[1] 冯炳荛、韩泰荣、蒋文森等编. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社
[2] 张维合. 注塑模具设计实用教程. 化学工业出版社 [3] 杨占尧. 塑料模具课程设计指导与范例. 化学工业出版社 [4] 伍先明等编. 塑料模具设计指导. 国防工业出版社 [5] 陆宁编. 实用注塑模具设计. 中国轻工业出版社
塑料模具设计与加工
题 目：支架塑料模具设计 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师： 时 间 ： 2011.11
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前言………………………………………………………………………3 第一章 塑件的工艺分析
1.1塑料成型的工艺性………………………………………………4 1.2塑料结构工艺性…………………………………………………5 1.3明确塑件生产批量………………………………………………6 1.4估算塑件的体积和质量…………………………………………7 1.5分析塑件的成型工艺参数………………………………………8
第二章 确定模架结构及模架选择
2.1确定成形方法……………………………………………………9
2.2 确定型腔数量及布局形式……………………………………10
2.3分型面的设计 …………………………………………………11 2.4浇注系统的设计…………………………………………………12
第三章 模具结构尺寸的设计计算
3.1型腔尺寸的计算…………………………………………………13
3.2型芯尺寸的计算…………………………………………………14
第四章 模架的选择
4.1 初选注射机………………………………………………………15 4.2 选择标准模架……………………………………………………16
第五章 注射机的校核
5.1 开模行程的校核…………………………………………………17
5.2模具在注射机上的安装………………………………………18
第六章 推出机构的强度校核
6.1 推板压力的校核………………………………………………18
6.2推板强度的校核……………………………......... 18
第七章 模具特点和工作原理
7.1 模具的特点…………………………………………………18
7.2 模具的工作过程……………………………………19
设计小结…………………………………………………………………20 参考文献…………………………………………………………………20
一、 前 言
塑料模具课程设综合实训是在具备了机械制图，公差与技术测量，材料及热处理，机械设计基础，机械制造技术，塑料模具设计，机械与自动化，数控加工技术等必要的基础知识与专业知识的基础上进行的。
本次课程设计课题来源于生产实际，应用广泛，但成型难度相对较难，模具结构相对复杂，对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以支架注塑模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构分析，最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程。能很好的达到学以致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时使用了AutoCAD 、UG 等软件。
由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师和同学批评指正。
1．塑料件的工艺分析
该材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS 塑料），塑料支架图如下：
1. 1塑料成型工艺性
ABS 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物化学和物理特性 ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性： 丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性； 苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。从形态上看，ABS 是非结晶性材料。 三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。 ABS 的特性主要取决于三种单体的比率以及两相 中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场 上百种不同品质的ABS 材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等 到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。 ABS 材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高 的抗冲击强度。 注塑模工艺条件 干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建
议干燥条件 为80~90C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210~280C；建议温度：245C 。 模具温度：25…70C。
（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力：500~1000bar。 注射速度：中高速度。典型用途 汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱， 大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体， 打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。 1.2塑件的结构工艺性 1.2.1 塑件的分析
从零件图上分析，该零件总体形状为回转体，在一个直径为50mm 高为30mm 的圆柱中间有一个直径为26mm 高为25mm 和一个直径为42mm 高为5mm 的台阶孔，然后留壁厚1.5mm 。该塑件有凹槽，因此，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。 1.2.2 塑件的尺寸精度分析
该塑件所有尺寸的精度为IT14级，对塑件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关零件的尺寸可以保证。
从塑件的壁厚上来看，高塑件的所有壁厚均匀，均为1.5mm ，有利于塑件的成型。
1.2.3 塑件的表面质量分析
由实际用途可知，对该塑件表面没有什么要求，故比较容易实现。
综合以上分析，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求 就可以得到保证。 1.3 明确塑件生产批量
该塑件要求大批量生产。 1.4 估算塑件的体积和质量
按照塑件各部分体积近似计算：
V1=3.14×9×36×3=3052.08 V2=3.14×30×7.5×11=7771.5 V3=3.14×36×9×4=4069.44
V4=3.14×50×12.5×12=23550 V5=3.14×21×21×5=6923.7 V6=3.14×13×13×25=13266.5
故塑件的体积为：V=3025.08+7771.5+4069.44+23550－6923.7－13266.5=18225.82㎜
塑件的质量为：M=q ×v=1.06×18.23=19.3238 1.5分析塑件的成型工艺参数
干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80-90摄氏度下最少干燥2小时，材料温度应保证小于0.1摄氏度。
融化温度：210-280摄氏度；建议温度：240摄氏度。
模具温度：50-70摄氏度。模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致塑件光洁度较低。
注塑压力:50-70MP.注塑速度：中等速度。
根据塑件形状及尺寸的采用一模一腔的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺旋式注射机：XS-Z-60. 2 确定模具结构及模架的选择 2.1确定成形方法
塑件采用注射成型法生产。 因为该产品设计为大批量生产，故毕业的模具需要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用潜伏浇口，且因为塑件有凹槽，故采用侧型芯滑块及斜导柱等机构进行抽芯分型。
2.2 确定型腔数量及布局形式
该塑件在注射时采用一模一件，及模具需要一个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素拟定采取下图型腔排列方式。 2.3分型面的设计 2.3.1 分型面的设计原则
分型面是注射模中用以取出塑件或浇注系统凝料的可以分离的接触表面，是决定模具结构形式的重要因素。它影响到模具结构的复杂程度，也关系到塑件的成型质量。
故选择分型面时，应考虑以下基本原则： 1. 分型面应选在塑件外形的最大轮廓处 2. 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模。 3. 分型面的选择应保证塑件的精度要求。 4. 分型面的选择应满足塑件的外观质量要求。 5. 分型面的选择要便于模具的加工制造。 6. 分型面的选择应有利于排气。 2.3.2确定分型面
综上述原则，最后确定分型面的位置如下图：
2.4 浇注系统的设计 2.4.1 浇注系统的形式
浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道，分普通浇注系统和热流道浇注系统两种形式。它的设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具结构、塑件的利用率等有较大的影响。所以在设计时应考虑其设计原则：
1. 了解塑件的成型性能。 2. 尽量避免或减少产生熔接痕。 3. 有利于型腔中气体的排出。
4. 防止型芯的变形和嵌件的位移。 5. 尽量采用较短的流程充满型腔。 6. 流动距离比的校核。
综上所述，最后确定浇注系统的形式：采用普通浇注系统，由于一模一腔，无须设计分流道。
2.4.2 主流道的设计
根据《塑料模具设计手册》初步XS-Z-60型注射机喷嘴的有关尺寸： 喷嘴前端孔径:d =ø4㎜ 喷嘴前端球面半径：R 0=12㎜ 根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0+（1～2）㎜ d =d 0+(0.5～1) ㎜ 取主流道球面半径：R=13㎜ 取主流道的小端直径：d=ø5㎜
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2～6°，取4，经换算得主流道大端直径为D=ø8㎜ 。 2.4.3分流道的设计如图
2.4.3.1 分流道的形状和尺寸
分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速度、分流道的长度等因素来确定。本塑件的形状不复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的形状长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为半圆形分流道，查塑件模具设计手册得R=2.5㎜ 。
2.4.3.2分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流到表面粗糙度要求不太低，一般Ra 取1.6um 左右，这可增加对外层塑料熔体的阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。 2.4.4浇口的设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用潜伏式浇口较为理想，如下图所示。设计时在模具结构上采用瓣合式型腔，潜伏式浇口锥角取10°～20°查《塑料模具设计手册》选尺寸为ø1㎜ ，试模时修正。
2.4.6 脱模原理
制品为支架，该模具采用侧轴芯机构来实现分型动作。 工作原理
模具分流道与侧浇口开设在凸模上，并有支架凸翼腔底进料。开模时滑块带动侧轴芯一起抽出，最后有椎板推出塑件制品。
3 模具结构尺寸的设计计算
为了降低模具加工难度和制造成本，在满足塑件使用的前提下，采用较低的尺寸精度。塑件精度等级与塑料品种有关，根据塑料的收缩率的变化不同，塑料的公差精度分为高精度、一般精度、低精度三种。 塑料制件公差表： 表3-1精度等级与公差数值
3.1 型腔尺寸的计算
查课本《塑料模具设计与制造》得塑料ABS 收缩率为0.3％～0.8％其平均收缩率 S =（0. 3％+0.8％）=0.55％
修正系数X 在计算型芯型腔径向尺寸时取0.5～0.75，则取X=0.75；计
算深度尺寸时X 取1∕3～1∕2，则取X=2∕3
模具制造公差δ，统一取尺寸公差的1∕3，即δZ =1∕3△
3.1.1 型腔径向尺寸的计算 对塑件尺寸ø360
+0.26
㎜，其尺寸公差为△=0.26
(L m ) 0
+δ
=［(1+ S )L S -X △］ 0
+δ
式中
L
δ
m
－凹模的径向基本尺寸；
ｚ－模具制造公差；
S －塑料的平均收缩率；
Ｌｓ－塑件外表面的径向基本尺寸；
△ －塑件的基本尺寸公差。
L
m
=［(1+0.0055)×36-0.75×0.26］0=ø36.000
+0.087
+(1/3)*0.26
㎜
对塑件尺寸ø30㎜，其尺寸公差为0.24
L m =［(1+0.0055)×30-0.75×0.24］0
=ø29.990
+0.08
+(1/3)*0.24
㎜
对塑件尺寸ø50㎜，其尺寸公差为0.28
L m =［(1+0.0055)×50-0.75×0.28］0
=ø50.070
3.1.2 型腔深度尺寸计算
对塑件尺寸3㎜，其尺寸公差为0.12 （H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0 则 Hm =［(1+0.0055)×3- Hm =2.940
+0.04 +δ
+δ
+0.09
+(1/3)*0.28
㎜
2
×0.12］+(1/3)*0.12 3
对塑件尺寸12㎜，其尺寸公差为0.18 （H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0
+δ
+δ
则 Hm =［(1+0.0055)×12- Hm =11.9460
+0.06
2+(1/3)*0.18
×0.18］0 3
对塑件尺寸16㎜，其尺寸公差0.20
（H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0
则 Hm =［(1+0.0055)×16- Hm =15.950
+0.667
+δ
+δ
2+(1/3)*0.20
×0.20］0 3
对塑件尺寸30㎜，其尺寸公差0.26
（H m ）0=［(1+ S ) Hm -X△］ 0
则 Hm =［(1+0.0055)×30- Hm =29.9920
+0.0867
+δ
+δ
2+(1/3)*0.26
×0.26］0 3
3.2 型芯尺寸的计算
3.2.1 型芯径向尺寸的计算
对塑件尺寸ø26㎜，其尺寸公差为0.24 (L m ) -δ =［(1+ S )L S +X△］－δ
则 L m =［(1+0.0055)×26+0.75×0.24］-（1/3)0.24
=26.323-0.08㎜
对塑件尺寸ø42㎜，其尺寸公差为0.28 (L m ) -δ =［(1+ S )L S +X△］－δ
则 L m =［(1+0.0055)×42+0.75×0.28］-（1/3)0.28
=42.441-0.093㎜
3.2.2 型芯的深度尺寸计算
对塑件尺寸5㎜，其尺寸公差为0.14
（H m ）-δ=［(1+ S ) Hm -X△］-δ
则 Hm =［(1+0.0055)×5+ Hm =5.12-0.047
20
×0.14］-（1/3)0.14 3
对塑件尺寸25㎜，其尺寸公差为0.24
（H m ）-δ=［(1+ S ) Hm -X△］-δ
则 Hm =［(1+0.0055)×25+ Hm =25.298-0.08 3.2.3 型芯中心距尺寸的计算
对塑件尺寸60㎜，其尺寸公差为0.32
20
×0.24］-（1/3)0.24 3
（C m ）±δ/2=(1+ S )C s ±δ/2
1
Cm =(1+0.0055)×60±（）×0.32／2
3
C m =60.33±0.05 3.3 冷却系统的设计
塑件在注射成型时不要求有太高的模温，所以在模具上可不设加热系统是否需要冷却系统可作如下计算
设定模具平均工作温度为50℃，用常温20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为30，产量为（初选每两分钟一套）0.257㎏∕h 故冷却体积流量：
V=
Mq
60cp (T 1 T 2)
式中： V-冷却水体积流量
M-单位时间注射入模具内的树脂质量 q-单位时间内树脂在模具内释放的质量 c-冷却水的比热容 p-冷却水的密度 T1-冷却水出口处的温度 T2-冷却水进口处的温度
查的数值带入的：V=0.41×10 m ³/㎜
再查表可知冷却水道直径非常小，模具每分钟所需冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。（如下图冷却系统）
-4
4 模架的选择
4.1 初选注射机 4.1.1 浇注系统的重量
单件塑件重量 Ms =19.3238g
注射机额定注射量G b , 每次注射量不超过最大注射量的80﹪
即 n=0.8Gb -G j /Gg
式中 n-型腔数 Gj -浇注系统重量 Gg -塑件重量
Gb -注射机额定注射量 浇注系统估算结果： V1=
13
π(4²－1.5²) ×40=575.7㎜³
V2=π×4²×10=602.88㎜³ 2V3=2×π×3²×15=847.8㎜³
Vj =575.7+602.88+847.8=2026㎜³=2.026㎝³ 浇注系统重量 Gb =2.026×1.18=2.39g 设n=2 则得： Gb =nGS +Gj /0.8=14g 则总质量 M=14g
满足注射量：V 机≧V 剂料／0.8 式中： V机－额定注射
V 塑件-塑件与浇注系统凝料体积和
V机= V塑件／0.8=12.6325㎝³ 或满足注射量 M机≧M 塑件／0.8
M机= M塑件／0.8=14／0.8=17.5g 4.2 选标准模架
根据以上分析计算型腔尺寸及滑块位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。查《塑料模具设计与制造》选用：
A4型
定模底板后厚:25㎜ 定模板厚:A=30㎜ 滑块厚度:30㎜ 推板厚度:15㎜ 动模板厚:B=25㎜ 动模垫板厚:30㎜ 垫块厚度:C=50㎜ 下模座厚：20㎜
模具厚度：H 模=A+B+C+25+30+15+30+20=225㎜ 模具外形尺寸：160×200×225㎜
5 注射机的校核
由于在初选注射机和标准模架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、注射压力不必进行校核，已符合所选注射机要求。 5.1 开模行程的校核
注射机最大行程S S≧2H 件+H浇+（5～10）
式中 H件-塑件制品高度
H浇-浇注系统高度
2H件+H浇+（5～10）=2×30+40＋10=110㎜
S=184㎜﹥110㎜
故满足要求
5.2 模具在注射机上的安装
从标准模架外形尺寸看小于注射机拉杆空间，并采用压板固定模具，所以选注射机规格满足要求。 6 推出机构的强度校核 6.1 推板压力的校核
查《塑料模设计手册》 σ=
4Q
≦σs n π×d ²
Σs 取320N/㎜²
σ﹤σs 推杆应力合格 硬度50～65HRC 6.2推板强度校核
推板选用45钢，允许变形0.3㎜. 查《塑料模设计手册》的：
H = 式中 H —推板厚度 L —拉杆间距 Q —总脱模力 B —推板宽度
所以推板强度合格。
7 模具的特点和工作原理
7.1 模具的特点：
该模具是两板模，设计了1个水平分型面。设计了定距拉杆， 分型面是为了取出制件。该模具一模一件，，节省了成本，降低了制造周期，提高了生产效率。
7.2 模具的工作过程：
模具装配试模完毕后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下。
（1）对塑料ABS 进行烘干，并装入料斗。
（2）清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。 （3）合模、锁紧模具。
（4）对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。
（5）注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。 （6）脱模过程。制件的推出同一般注塑模具推出方式相同，即由注塑机推杆推动模具推板，从而推动推件杆将之间顶出。
设计小结
通过对骨架注塑模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，参考各类书籍，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用UG 软件就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。
模具UG 技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。
总之，通过课程设计的又一次锻炼完全清楚：注塑模的整个设计过程，同时充分利用UG 技术进行设计，并在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美并且实用性更强的模具。
这次设计能顺利完成，需要感谢陈志祥、黄延平、朱传福老师的精心指导。但错误之处在所难免，望批评指正。
非常感激！
参考文献：
[1] 冯炳荛、韩泰荣、蒋文森等编. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社
[2] 张维合. 注塑模具设计实用教程. 化学工业出版社 [3] 杨占尧. 塑料模具课程设计指导与范例. 化学工业出版社 [4] 伍先明等编. 塑料模具设计指导. 国防工业出版社 [5] 陆宁编. 实用注塑模具设计. 中国轻工业出版社