景德镇陶瓷大学
专业课程设计
题 目： 铅笔盒注塑模设计
学 号：
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院 （系）：
专 业：
完成日期：
指导教师：
前 言 . ............................................................................................................................................................ 3
第一章 塑料制件的工艺性分析 ................................................................................................................. 3
1.1制件原料的工艺性 ........................................................................................................................... 3
1.2塑料制件的结构工艺性 ................................................................................................................... 3
第二章 初步选择注射机 . ............................................................................................................................ 4
2.1制品ABS 的注塑成型参数 ............................................................................................................. 4
2.2计算制件的体积和质量 ................................................................................................................... 4
2.3选择注射机 . ...................................................................................................................................... 5
2.4确定型腔数量 . .................................................................................................................................. 5
2.5确定分型面 . ...................................................................................................................................... 6
2.6型腔的布局 . ...................................................................................................................................... 6
第三章 浇注系统设计 . ................................................................................................................................ 7
3.1主流道的设计 ........................................................................................................................... 7
3.2分流道的设计 ........................................................................................................................... 9
3.3浇口的设计 . .............................................................................................................................. 9
3.4冷料穴的设计 ........................................................................................................................... 9
第四章 冷却系统设计 . .............................................................................................................................. 10
4.1冷却系统的设计准则 ............................................................................................................. 10
4.2冷却系统参数的计算 ............................................................................................................. 10
4.2.1冷却介质 . ............................................................................................................................. 10
4.2.2冷却水体积流量的计算 ...................................................................................................... 10
4.2.3冷却管道直径 ...................................................................................................................... 10
4.2.4冷却回路所需的总表面积 .................................................................................................. 10
第五章 铅笔盒模流分析模拟 ................................................................................................................. 12
5.1网格分析 . ................................................................................................................................ 12
5.1.1模型的导入 .......................................................................................................................... 12
5.2.1 网格划分 . ............................................................................................................................ 12
5.2最佳浇口位置分析 ................................................................................................................. 14
5.3成型窗口分析 ......................................................................................................................... 15
5.3.1区域分析 . ............................................................................................................................. 15
5.3.2制件质量分析 ...................................................................................................................... 15
5.3.3注射压力分析 ...................................................................................................................... 16
5.3.4最低流动前沿温度分析 ...................................................................................................... 16
5.3.5最大剪切应力分析 .............................................................................................................. 17
5.3.6最大冷却时间分析 .............................................................................................................. 17
5.4充填分析 . ................................................................................................................................ 18
5.4.1充填时间分析 ...................................................................................................................... 18
5.4.2气穴位置分析 ...................................................................................................................... 18
5.4.3熔接痕 . ................................................................................................................................. 19
5.4.4流动前沿处的温度 .............................................................................................................. 20
5.4.5充填分析过程信息 .............................................................................................................. 20
第六章 成型零件设计 . .............................................................................................................................. 22
6.1成型零件的结构设计 ..................................................................................................................... 22
6.1.1凹模的结构设计 .......................................................................................................................... 22
6.2成型零件工作部分尺寸的计算 ..................................................................................................... 22
6.2.1型腔径向尺寸 . ............................................................................................................................. 22
6.2.2型芯径向尺寸 . ............................................................................................................................. 23
6.2.3型腔深度尺寸 . ............................................................................................................................. 23
6.2.4型芯高度尺寸 . ............................................................................................................................. 23
6.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算 ................................................................................................. 24
6.3.1模具型腔壁厚度的计算 .............................................................................................................. 24
6.3.2模具型腔底板厚度计算 .............................................................................................................. 24
6.4合模导向机构设计 ......................................................................................................................... 24
6.5推出机构的设计 . ............................................................................................................................ 26
6.5.1脱模力的计算 . ............................................................................................................................. 26
6.5.2 推出机构的设计 ......................................................................................................................... 26
6.6 模架专用零件选取 ........................................................................................................................ 26
6.6.1 定模座板 . .................................................................................................................................... 26
6.6.2 定模板 . ........................................................................................................................................ 26
6.6.3动模板 . ......................................................................................................................................... 26
6.6.4垫块 . ............................................................................................................................................. 26
6.6.4动模座板 . ..................................................................................................................................... 27
6.6.5推板 . ............................................................................................................................................. 27
6.6.6推杆固定板 . ................................................................................................................................. 27
6.7 注射机模具安装尺寸的校核 ........................................................................................................ 27
6.7.1喷嘴尺寸的校核 .......................................................................................................................... 27
6.7.2定位环尺寸校核 .................................................................................................................. 27
6.7.3模具厚度校核 . ............................................................................................................................. 27
6.7.4开模行程的校核 .......................................................................................................................... 27
6.7.5注射机与模具安装尺寸的校核 .................................................................................................. 27
6.7.6最大注射量校核 .......................................................................................................................... 28
6.7.7注射压力校核 . ............................................................................................................................. 28
6.7.8塑件在分型面上的投影面积校核 .............................................................................................. 28
6.7.9锁模力的校核 . ............................................................................................................................. 28
6.7.10顶出装置的校核 ........................................................................................................................ 29
第七章 模具的工作过程 . .......................................................................................................................... 29
7.1模具合模与锁紧 . ............................................................................................................................ 29
7.2模具成型过程 . ................................................................................................................................ 29
7.3 模具开模过程 . ............................................................................................................................... 30
7.4模具复位过程 . ................................................................................................................................ 32
结 论 . .......................................................................................................................................................... 32
参考文献 . ...................................................................................................................................................... 34
前 言
现今我国模具工业呈现新的发展特点与趋势，结构调整等方面取得了不少成绩，信息社会经济全球化不断发展进程，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量不断提高，模具向着信息化、数字化、精细化，自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化，产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
随着汽车、IT 电子、航空等相关行业领域高速发展，我国模具行业日新月异、高技术含量模具成为“十二五”发展重点。未来中国将重点发展高技术含量模具，模具产品向轻巧、精美、快速高效生产、低成本与高质量方向发展。
第一章 塑料制件的工艺性分析
1.1制件原料的工艺性
ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。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。
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。
1.2塑料制件的结构工艺性
图1-1 零件图
图1-2 铅笔盒三维图
1 脱模斜度
塑件冷却时的收缩会让塑件抱紧住模具型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了方便从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时，必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度，在模具上即称为脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。查《塑料模计手册》，查得ABS 的脱模斜度为30′-1°。
2 外形尺寸
铅笔盒塑件是一个结构简单无规则产品。铅笔盒高18mm ，长188mm ，宽70mm ，壁厚2mm ，铅笔盒有一个通孔。所有尺寸都未标注公差，建意采用公差等级MT5。外观要求没有缺陷、飞边、毛刺。塑料件没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。
经过以上分析可知，只要在合理的工艺参数下注射时，成型塑件的质量跟性能都能保证。
第二章 初步选择注射机
2.1制品ABS 的注塑成型参数
注射机类型：螺杆式
螺杆转速(r/min)：20~40
喷嘴形式：直通式
料筒温度：前2180~220℃
中265~180℃
后150~170℃
模具温度：75~85℃
2.2计算制件的体积和质量
使用三维画图软件UG6.0对塑件进行质量属性分析，得出塑件的体积V 为63.45cm 3。使用材料ABS 的密度为1.05g/cm3。根据公式得出塑件质量为m=1.05g/cm3 ×63.45cm 3=66.62g。浇注系统
的凝料体积根据经验，按塑件体积的0.2~1倍计算。由于塑件外形尺寸较小，且大批量生产，为了生产效率，采用一模两腔形式。流道相对较短，所以凝料的体积按0.2倍计算。即v’=12.69cm 3，凝料质量m’=13.32g 。v 总=63.45×2+12.69=139.59cm3。m 总=139.59×1.05=146.57g。
2.3选择注射机
根据额定注射量和ABS 的注射压力选用注射机：综合考虑后选用国产XS-ZY-250立式注射机。其主要参数如表所示：
2.4确定型腔数量
由注射机的最大注射量确定型腔数量n
N≤(Km N -m 2) (0.8⨯250-12.69) ==2.95 63.45m 1
式中 K ——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8
m N ——注射机允许的最大注射量(g或cm 3)
m 2——浇注系统所需塑料质量或体积（g 或cm 3）
m 1——单个塑件的质量或体积（g 或cm 3）
即N4）一般不能生产高精度塑件。该零件结构比较简单，但表面积较小，而且要大批量生产，所以采用一模两腔。
2.5确定分型面
模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。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工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。
分型面的选择应注意以下几点：
（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处
（2）保证制件的精度和外观要求
（3）考虑满足塑件的使用要求
（4）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适
（5）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积
（6）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
（7）不妨碍制品脱模和抽芯
（8）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。
根据塑件的结构形式，本设计分型面设置在铅笔盒开口最大轮廓处A-A 处，如图2-1所示。
图2-1 分型面
2.6型腔的布局
型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够的压力，以保证塑料同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间距离尽可能最短。合理的型腔排布可以避免塑件尺寸的差异、应力形成及脱模困难等问题。由于成型同一尺寸及精度要求制件，所以型腔布局决定采用平衡式，其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可实现均匀进料和同时充满型腔的目的。如图2-2为型腔布局图。
图2-2 型腔布局
第三章 浇注系统设计
浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。
对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本原则：
a) 、塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。 b) 、模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一出二腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。
c) 、塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。
d) 、塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。 e) 、冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计
[6]浇注系统时应考虑储存冷料的措施。
该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。
3.1主流道的设计
据相关资料，查得XS-ZY-250型注射机喷嘴的相关尺寸为：
喷嘴圆弧半径为16mm ，喷嘴口直径为3mm 。
根据模具主流道与喷嘴的关系得到：
主流道进口小端孔直径d=注射机喷嘴口直径+(0.5~1)mm，设计取d=4mm；
主流道进口端球面半径SR=注射机喷嘴圆弧半径+(1~2)mm，设计取S R=18mm；
主流道的长度 L=97mm；
主流道大端直径D=d+2Ltan(α/2)=3.5+2*75*tan(2/2)=7.28mm；
为了将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度α=2°。同时，为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计圆弧过渡，r 一般取1~3mm,这里取得r=2mm。
模具的主流道部分常设计为可拆卸更换的主流道衬套式（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。一般采用碳素钢如T8A 、T10A 等，热处理要求淬火53～57HRC 。浇口套设置在模具的对称中心位置，尽可能保证与相连接的注射机喷嘴为同一轴线。浇口套的形状及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套。为了能与塑料注射机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式。
图3-1 主流道尺寸示意图
图3-2 定位环
图3-3 浇口套
3.2分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过度段，因此，要求所设计的分流道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。
为便于机械加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，常用的分流道截面形状一般可分为圆形、梯形、U 形、半圆形及矩形等。
分流道截面形状及尺寸应根据塑料制件的结构、采用塑料的工艺性、成型条件等因素有关。本套设计产品结构简单，采用圆形截面分流道，分流道尺寸为8mm 。
图3-4 分流道的梯形截面尺寸
3.3浇口的设计
该模具设计采用的是一模两腔侧浇口进浇，宽度L=2 mm其深度H=1.0mm。
图3-5 侧浇口结构尺寸示意图
3.4冷料穴的设计
冷料穴位于主流道正对面的模板上，或者处于分流道的末端，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。根据需要，冷料穴设在主流道的末端，冷料穴截面如图3-6所示。
图3-6 冷料穴尺寸
第四章 冷却系统设计
4.1冷却系统的设计准则
塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。
一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却，便于取出产品。
4.2冷却系统参数的计算
4.2.1冷却介质
ABS 的成型温度和模具温度分别为215ºC ～255ºC 、40ºC ～80ºC 。用普通水作为介质冷却的方法称之为水冷。它是通过普通自来水提压后流经模具并循环流动带走热量。因为水的热容量大、传热系数大、成本低，水冷在塑料模具中应用最多，是常用的冷却方式。本次设计采用常用温水对模具进行冷却，冷却介质选用冷却水。
4.2.2冷却水体积流量的计算
如果忽略模具因空气对流、热辐射以及注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算。
冷却水的体积流量：
0. 86⨯4⨯105mQ -3==1. 4⨯10m 3/min q V =60c ρ(θ1-θ2) 60⨯4. 2⨯1000⨯1000⨯(26-25)
式中 q v ——冷却水体积流量（m 3/min）；
m ——单位时间注射入模具内的树脂质量（kg/min），经过估算约为0.86kg/min；
Q ——单位时间内树脂在模具内释放的热量(J/kg)，取4.0×105J/kg；
c ——冷却水的比热容[J/(kg •K)]；
ρ——冷却水的密度（kg/m3）；
θ1——冷却水出口处温度（°C ）；
θ2——冷却水入口处温度（°C ）；
4.2.3冷却管道直径
为使冷却管道处于湍流状态，取d=8mm。
冷却水道的流速
4q v 4⨯1. 4⨯10-3
v ===0. 30m /s πd 23. 14⨯(0. 01) 2⨯60
4.2.4冷却回路所需的总表面积
A =mQ 3600k (θm -θw )
式中 A ——冷却回路总表面积（m 2）；
m ——单位时间注射入模具内的树脂质量（kg/min），经过估算约为51.624kg/h；
Q ——单位时间内树脂在模具内释放的热量(J/kg)，取4.0×106J/kg；
K ——冷却水的表面传热系数[W/(m2•K)]
θm ——模具成型表面的温度（°C ）；
θw ——冷却水的平均温度（°C ）；
其中
(ρv ) 0. 8(1000⨯0. 30) 0. 8
2[w/(m•K)] k =Φ0. 2=7. 95⨯=19150. 2d (0. 01)
式中 ρ——冷却水在该温度下的密度，kg/m3；
v ——冷却水的流道，m/s；
d ——冷却水孔直径，m ；
Φ——与冷却水温度有关的物理系数，取7.95
51. 624⨯4⨯105mQ 所以A ===11. 9⨯10-3m 2 3600k (θm -θw ) 3600⨯1915⨯(50-25)
从计算结果看，模具塑料释放的总热量、冷却回路所需的总表面积和冷却水体积流量都很小。铅笔盒是小型薄壁制件，考虑模具设计要求结构简单以及模具加工成本因素，本设计采用简单路冷却。
第五章 铅笔盒模流分析模拟
5.1网格分析
5.1.1模型的导入
使用UG 软件建立铅笔盒的三维模型，然后保存为STL 格式文件。方可导入MoldFlow 分析软件。如图5-1所示。
图5-1 零件图
5.2.1 网格划分
用MoldFlow 自动划分网格。网格类型为Fusion(双平面) ；网格面积为402.565cm 2网格体积为63.4572cm 3；连通域个数为1；配向不正确单元个数为0；交叉边个数为0；最大纵横比为9.8；最小纵横比为1.16；网格匹配率为94%，如图5-2所示。
图5-2 网格数据
实际网格如图5-3所示：
图5-3 实际网格
5.2最佳浇口位置分析
首先利用Moldflow 来分析塑件的最佳浇口位置，将分析类型设为最佳浇口，材料采用ABS 塑料（模具表面温度为60 ºC ，熔体温度为260 ºC ），设置注塑机参数，进行分析，结果如图5-4所示，图中蓝色区域为较好的浇注位置。
图5-4 最佳浇口位置
通过MoldFlow 的分析，得出了浇口位置颜色分布区域，结合该零件的形状特点及实际生产设计，将最佳浇口位置设置在该零件的产品边缘（侧进浇），节点N6046和N5834，坐标为（25，50，0）及（25，-50，0），如图5-5所示：
图5-5 确定最佳的浇口位置
注射成型工艺的核心问题，就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所需要求的质量。影响注射成型工艺的重要参数是塑化流动和冷却温度、压力以及相应的各个作用时间。
注射成型过程中需控制的温度有料筒的温度、喷嘴的温度和模具温度。注射模塑化过程中的压力包括塑化压力和注射压力。完成一次注射成型过程所需的时间成为成型周期，它包括注射时间、模内冷却时间及其他时间。
5.3.1区域分析
图5-6 区域分析
由图分析可知，模温范围是60°C-850°C ，熔体温度范围是220°C-280°C ，注射时间为10.52s 。
5.3.2制件质量分析
图5-7 制件质量分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，模具温度越高，制件质量越好。
图5-8 注射压力分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，模具温度越高，注射压力越小，所以适当的提高模具温度有助于采用较小的注射压力。
5.3.4最低流动前沿温度分析
图5-9 最低流动前沿温度分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，模具温度越高，最低流动前沿温度越小，两者呈线性反比例关系。
5.3.5最大剪切应力分析
图5-10 最大剪切压力分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，剪切应力随着模温的提高而降低。而剪切应力影响到塑件收缩率的变化，剪切应力太小会导致收缩率的变大，剪切应力太大又会导致保压和冷却时间变长，所以应适当选取剪切应力。
5.3.6最大冷却时间分析
图5-11 最大冷却时间分析
由图可以看出，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，随着模具温度升高，最大冷却时间随之增大。这就会使生产周期变长，所以不能选择过高的模具温度。
成型窗口推荐的工艺参数：
图5-12 成型窗口推荐参数
综上分析，选模具温度为79.44°C ，熔体温度为275.86°C ，注射时间为2.28s 。
5.4充填分析
5.4.1充填时间分析
充填时间是指熔融体填满整个型腔所需的时间，分析结果如图5-13所示：
图5-13 充填时间
图中蓝色区域为开始浇注的区域，红色为最后浇注的区域, 充填时间为1.534s 。
5.4.2气穴位置分析
在塑料熔体注射充填型腔过程中，模腔内除了原有空气外，还有塑料含有的水份在注射温度下蒸发而成的水蒸气，塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体等。这些气体如果不能通过排气系统顺利排出模腔，将会影响制品成型以及脱模后的质量。它将会受到熔体的压缩并因此对熔体产生反压力，从而导致制品出现填充不足或制品中产生气泡以及组织疏松等，从而产生气穴。MoldFlow 对铅笔盒塑件气穴的位置分析如图5-14所示：
图5-14 气穴的位置
如图所示，气穴在塑件的底部产生，气体都可通过分型面的间隙排出。从熔体整个充填过程看，让气体有充足的时间排出型腔。
5.4.3熔接痕
熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。熔接痕的位置如图5-15所示：
图5-15 熔接痕的位置
熔接痕在塑件的底部及顶部。为了减少熔接痕，调整成型条件，提高流动性。如：提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等或者增设排气槽。
5.4.4流动前沿处的温度
流动前沿温度指的是熔融体流动前沿到某一节点的温度。在制件厚度比较薄的部分，如果这一温度太低，则会造成滞流、短射现象的发生。如果这一温度太高，则会使熔融聚合体发生降解，造成制件的表面缺陷。所以，在成型过程中要确保熔融流动前沿的温度保持在塑料聚合体所要求的使用范围内。流动前沿处的温度所图5-16所示：
图5-16 流动前沿处的温度
如图所示，方案的塑料熔体流动前沿处的温度在205.6℃-260.8℃。整个充填过程中, 合理的熔体流动前沿温度分布应该是均匀的, 即模型的温度变化较平稳。方案的温度变化都比较平稳，表明方案由传热散失的热量和因摩擦而产生的热量基本平衡, 避免了热衰变的可能性，符合要求。
5.4.5充填分析过程信息
图5-17 充填分析过程信息
如图5-17所示V/p转换发生在型腔的99%被充满的时候，此时的填充压力在27.97MPa 左右,1.5s 的时间时型腔填充完成。
第六章 成型零件设计
6.1成型零件的结构设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等，因此，成型 零件不仅要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理的结构，较高的强度、刚度及较好的耐磨性。
设计塑模的成型零件时，应根据塑件的塑料性能、使用要求、几何结构，并结合分型面和浇口位置的选择、脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构。也就是说，根据塑件的尺寸，计算成型零件型腔的尺寸，确定型腔的组合方式，确定成型零件的机加工、热处理、装配等要求，还要对关键的部位进行强度和刚度校核。
6.1.1凹模的结构设计
凹模是成型零件外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。
整体式凹模由整块材料加工而成，它的特点是牢固，使用中不易发生变形，不会使塑件产生接线痕迹。但由于加工困难，热处理不方便。
组合式凹模由两个以上的零部件组合面成的。按组合方式不同，组合式凹模结构可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。
凸模和型芯均是成型零件塑件内表面的零件。凸模一般是指成型塑件中较大的、主要内形的零件，又称为主型芯；型芯一般是成型塑件上较小的孔槽的零件。
铅笔盒塑件还有孔槽结构，便孔槽结构简单，不需单独设计型芯，所以凸模就是只有主型芯。主型芯按结构分为整体式和组合式两种。整体式型芯，结构牢固，但不方便加工，消耗模具钢多，主要用于工艺试验模和小型模具上的形状简单的型芯。组合式型芯的优缺点与组合式凹模的基本相同。设计制造这类型芯时，必须注意结构合理，应保证型芯和镶块的强度，防止热处理变形，应避免尖角和薄壁。
基于本次注射模设计，主型芯采用组合式型芯，即先将型芯单独加工，再镶到模板中，这种结构加工效率高，装拆方便。
6.2成型零件工作部分尺寸的计算
平均收缩的计算
查塑料成型工艺与模具设计[1]的表附录B 得，ABS 的最小收缩率S min 为0.4%，最大收缩率Smax 为0.6%，由公式5-14[1]得，
S =S max +S min 0.4+0.6×100%=×100%=0.5% 22
6.2.1型腔径向尺寸
+δZ 由公式5-16[1]可知：L M =[L S (1+S )-xΔ]0
由于塑件尺寸较小、精度级别较高x=0.75。即
+δZ +1/3+0.33L M 1=[L S (1+S )-0.75Δ]0=[188×(1+0.005)-0.75×1]0 =188.190mm ；
+δZ +0.17+0.52/3L M 2=[L S (1+S )-0.75Δ]0=[70×(1+0.005)-0.75×0.52]0=69.960mm ；
式中 L M ——型腔的最小基本尺寸
L S ——塑件的最大基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ1=1，Δ2=0.52，
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.2.2型芯径向尺寸
由公式5-17[1]可知：l M =[l S (1+S )+xΔ]-δZ
0L M 1=[l S (1+S )+0.75Δ]-δZ =[188×(1+0.005)+0.75×1]0-1/3=189.69-0.33mm ；
0L M 1=[l S (1+S )+0.75Δ]-δZ =[70×(1+0.005)+0.75×0.52]0=70.74-0.52/3-0.17mm ； 000
式中 l M ——型芯的最大基本尺寸
l S ——塑件的最小基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ1=1，Δ2=0.52
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.2.3型腔深度尺寸
由公式5-18[1]可知：
+δZ +0.26/3+0.09H M =[H S (1+S )+0.5Δ]0= [18×(1+0.005)-0.5×0.26]0=17.960mm ；
式中 H M ——型腔深度的最小基本尺寸
Hs ——塑件的最大基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ=0.26
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.2.4型芯高度尺寸
由公式5-19[1]可知：
0h M =[h S (1+S )+0.5Δ]-δZ =[12×(1+0.005)+0.5×0.22]0-0.22/3=12.17-0.07mm ； 0
式中 h M ——型芯的最大基本尺寸
hs ——塑件内部最小基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ=0.22
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算
本模具采用整体嵌入式矩形凹模型腔，塑料模具在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足产生翘曲变形，导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度及模具的寿命。
本设计的铅笔盒尺寸较小，应按强度计算。
6.3.1模具型腔壁厚度的计算
本次注射模设计，采用整体嵌入式形式型腔，按强度条件计算型腔侧壁厚度。由于H 1/l ≥0.41，所以采用一下公式：
s =pl 2(1+
Wa ) 2[σ]
式中：
s ——矩形型腔侧壁厚度（mm ）
p ——型腔内熔体的压力（Mpa ）一般为30～50 Mpa，这里取40Mpa
l ——型腔侧壁长边长（mm ）
W ——抗弯截面系数，查表5-14得W=0.148
A ——矩形成型型腔的边长比，a=R/R=1.0
[σ]——模具材料允许的应力，[σ]=160Mpa
6.3.2模具型腔底板厚度计算
整体式矩形形型腔最大变形发生在板的中心。按强度条件计算，底板厚度，采用公式5-48[1]：
α'
pb 2
h =[σ]
式中：
h ——矩形型腔底板厚度（mm ）
α'——由模脚之间距离和型腔短边长度L/b所决定的系数，查表5-16得α'=0.3078
p ——型腔内熔体的压力（mpa ）一般为30～50 Mpa，这里取40Mpa
b ——矩形短边厚度（mm ）
[σ]——模具材料允许的应力，[σ]=160Mpa
6.4合模导向机构设计
导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。主要作用：定位作用，模具闭合后保证上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸准确；导向作用，合模时，首先是导向零件接触，引导上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏；承接一定的侧向压力，塑料熔体在充许进程中可能产生单向侧向压力或受成型设备精度低的影响，导柱将承受一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。若侧向压力很大或精度要求高时 ，则不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构来承担侧向压力。
本设计选用带头导柱。导柱的形式如图6-1所示：
图6-1 导柱的形式
本设计导套使用带头导套和直导套。导套应配合导柱进行选择，导套用于导柱相同的材料或者铜合金得耐磨材料，其硬度一般应低于导柱硬度，减轻磨损，防止导柱、导套拉毛。导柱固定部分与导向部分采用Ra=0.8μm, 导套采用H7/m6或者H7/k6配合入模板。导套的组合形式如图6-2所示：
图6-2 导套的组合形式
6.5推出机构的设计
6.5.1脱模力的计算
脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力，需克服塑件对型芯的包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。脱模力的计算是注射模具脱模机构设计的重要依据。
根据式5-56[1]可知，脱模力的计算如下：
F t =Ap (μcos α-sin α) =25363.6⨯1.0⨯10(0.3⨯cos0.5-sin0.5) =73874.5N
式中 F t ——脱模力
A ——塑件包容型芯的面积
p ——塑件对型芯的单位面积上的包紧力，由于本设计的塑件是模内冷却的，p 约取8~12MPa，这里取10Mpa
μ——塑件对钢的摩擦因数，约为0.1~0.3，这里取0.3
α——型芯的脱模斜度
6.5.2 推出机构的设计
由于铅笔盒是平板薄壁形状的产品，本次设计采用推杆推出机构。推杆位于动模侧。开模时，通过复位杆作用推杆，将塑件推出。
为了使推出机构合模后能复位，推板固定板上同时装有复位杆，常见的复位杆均用圆形截面，以便推出机构合模时复位平稳，复位杆端面与推动模板表面对齐。复位杆复位是通过安装在推板固定板的弹簧通过压缩产生弹力带动推板固定板向后移动从而复位。
6.6 模架专用零件选取
6.6.1 定模座板
W×L=450×400mm ，H=30mm。定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢, 调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.2 定模板
W ×L=400×400mm,H=70mm。定模板用于固定型腔和导套。固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，其材料为45钢，调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.3动模板
W×L=400×400mm ，H=80mm。动模板用于固定型芯，应具有较高的平行度和硬度。其材料选用45钢，调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.4垫块
在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。该模具采用平行垫块。W ×L=68×400mm 。H=120mm。其材料选用45钢，硬度为HRC43～48。
6.6.4动模座板
W ×L=450×400mm ，H=30mm。材料为45钢, 调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.5推板
W ×L=260×400mm ，H=25mm。材料选用45钢，淬火处理，硬度为HRC43～48。
6.6.6推杆固定板
W ×L=260×400mm ，H=30mm。材料为45钢，淬火处理，硬度为HRC43～48。
6.7 注射机模具安装尺寸的校核
不同型号的注射机其安装模具部分的尺寸和形状各不相同，设计模具时应对应其相关尺寸加以校核，以保证模具能顺利的安装。
6.7.1喷嘴尺寸的校核
注射机喷嘴头为球面，其球面半径应与相接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。喷嘴直径3mm ，喷嘴球面半径16mm 。
6.7.2定位环尺寸校核
模具的定位部分设计一个与主流道同心的凸台，此为定位环，并需求与注射机模板上的定位孔采用一定的配合，定位圈外径为100mm 。
6.7.3模具厚度校核
模具厚度必须满足：H min ＜H ＜H max
式中H min ——注射机允许的最小模具厚度，由所选注射机可知H min =200mm。
H max ——注射机允许的最大模具厚度，由所选注射机可知H max =350mm。
模具厚度H=330mm，即200＜330＜350, 因此符合条件。
6.7.4开模行程的校核
因为所选的注射机为XS-ZY-250，即注射机最大开模行程Smax 与模板厚度无关，它们的开模距离均由连杆机构的冲程或其它机构的冲程所决定的。
由式4-8[1]可知，对于单分型面注射模，其校核公式为：
s max ≥s=H1+H2+5 -10mm
式中H 1——推出距离（脱模距离）（mm ），为40mm ；
H 2——包括浇注系统凝料在内的塑件的高度（mm ），为102mm 。
所以s=60+102+5-10=172mm。
所选注射机的最大开模行程为500mm ，172mm ＜500mm ，所以符合条件。
6.7.5注射机与模具安装尺寸的校核
注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。
本模具采用压板固定，注塑机螺钉孔在430mm×508mm 之间分布，模具外形尺寸
450mm×400mm ，所以满足要求。
6.7.6最大注射量校核
由第二章中计算得塑件重量加上凝料重量为146.57g 。注射机的最大注射量为
0.96g/cm3×250cm3=240g﹥146.57g ，所以注塑机符合要求。
6.7.7注射压力校核
塑料成型所需要的注射压力是由塑料的品种、注射成型、喷嘴形式、塑件形状以及浇注系统的压力因素综合决定的。对于精度要求大的塑料以及形状细薄、流程长的塑件注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时的注射压力。
ABS 塑料注射所需的注射压力为80～120MPa ，由于XS-ZY-250为螺杆式注射机，注射压力传递较好，所以应选小一些，100MPa 比较符合ABS 塑料成型的注射压力要求。
6.7.8塑件在分型面上的投影面积校核
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涨模溢料现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系：
nA 1+A 2
式中A 1——单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
A 2——浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
A ——注射机允许使用的最大成型面积（mm 2）。
A 1=11956.4mm2。
A 2=1450.8mm 2。
2A 1+A 2=25363.6mm 2≈253.64cm 2。
所选注射机最大成型面积为500 cm2, 即2A 1+A 2
因此塑件在模具分型面上的投影面积符合要求。
6.7.9锁模力的校核
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，不使成型过程出现溢料现象，必须满足以下关系：
(nA 1+A 2) p
式中A 1——单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
A 2——浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
p ——塑料熔体对型腔的成型压力（MPa ），其大小一般是注射压力的80%；
F ——注射机的额定锁模力（N ）。
ABS 的注射压力为80～120MPa ，取50MPa 。
(nA 1 A 2) p =25363.6mm2×50MPa=1268180N=1268KN。
所选注射机的合模力为1800KN ，所以锁模力符合要求。
6.7.10顶出装置的校核
由于选用的是XS-ZY-250注射机，所以采用中心顶出杆液压顶出与两侧顶出杆机械顶出联合作用。
第七章 模具的工作过程
7.1模具合模与锁紧
模具首先低压快速进行闭合，在动模与定模很接近时，合模的动力系统自动切换成低压、低速，在确认模内无异物时，再切换成高压低速从而使模具锁紧。
7.2模具成型过程
注射装置前移，当喷嘴与主流道入口贴合时，在注射压力的作用下，完成注射并成型（此过程需要保压），然后使制件在模内冷却成型。
7.3 模具开模过程
图7-1 模具二维装配图
图7-2 三维装配图
如图7-1模具只有一次分型：直接定模与动模开模。
分型时，当动模板侧起初受到注塑机的拉力时，在拉力的作用下定模与动模分开， 定模板与动模板分开，塑件包裹在型芯上一起向后运动，到达注塑机的限定的行程时，注射机的顶棍作用于推板，会推动与推板固定板连接的复位杆一起向前运动，然后复位杆带动推杆，将塑件从型芯上推出。
7.4模具复位过程
合模时，由定模板推动复位杆带动推杆复位。在动模向定模逐渐合拢的过程中，推出机构便被复位杆顶住，从而与动模产生相对移动，直至分型面合拢时，推出机构便回复到原来的位置。
结 论
本论文是关于铅笔盒的设计，具有较强的现实意义。它除了检查学生的检索、调研能力外，更重要的是综合了大学所学的基本知识。本文在塑件工艺性、工艺方案、模具结构、模具设计及模具工作过程等方面做了详细的论述。
通过本次设计，主要完成了以下工作：
1、使用UG 软件对铅笔盒进行三维造型，并以IGS 格式导入Moldflow 中进行CAE 分析。通过最佳浇口位置和流道平衡CAE 分析，从而确定选择一模两腔的型腔布置方式。
2、进行模具设计。模具设计主要包括浇注系统的设计、冷却系统的设计、成型零部件的设计、脱模机构的设计。
3、用CAD 绘制了模具的二维装配图，以及型腔、型芯、定模固定板等主要零件。
4、用UG 完成了模具的三维装配图。
本次设计的难点是用UG 绘制模具的三维装配图。由于接触UG 时间较短，对软件使用还不熟练。加上模具结构理解不是很到位，以至于三维图跟二维图有些差异，然后在绘制二维图过程中加以改正自己错误。另外CAE 分析比较简单，没全面模拟塑件的成型过程。因此要求要有很好的Moldflow 知识才能准确完成模拟过程。
参考文献
[1] 曲华昌. 塑料成型工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社，20015.12
[2]《塑料模设计手册》编写组. 塑料模设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社，2003.8
[3] 史铁梁. 模具设计指导. 北京：机械工业出版社， 2010.1
[4] 洪慎章. 实用注塑模具结构图集. 北京：化学工业出版社，2009.8
[5] 魏峥. proe 应用与实践教程. 北京：清华大学出版社. 2015.1
[6] 陈艳霞. 模流分析2015从入门到精通. 北京：电子工业出版社，2015.3
景德镇陶瓷大学
专业课程设计
题 目： 铅笔盒注塑模设计
学 号：
姓 名：
院 （系）：
专 业：
完成日期：
指导教师：
前 言 . ............................................................................................................................................................ 3
第一章 塑料制件的工艺性分析 ................................................................................................................. 3
1.1制件原料的工艺性 ........................................................................................................................... 3
1.2塑料制件的结构工艺性 ................................................................................................................... 3
第二章 初步选择注射机 . ............................................................................................................................ 4
2.1制品ABS 的注塑成型参数 ............................................................................................................. 4
2.2计算制件的体积和质量 ................................................................................................................... 4
2.3选择注射机 . ...................................................................................................................................... 5
2.4确定型腔数量 . .................................................................................................................................. 5
2.5确定分型面 . ...................................................................................................................................... 6
2.6型腔的布局 . ...................................................................................................................................... 6
第三章 浇注系统设计 . ................................................................................................................................ 7
3.1主流道的设计 ........................................................................................................................... 7
3.2分流道的设计 ........................................................................................................................... 9
3.3浇口的设计 . .............................................................................................................................. 9
3.4冷料穴的设计 ........................................................................................................................... 9
第四章 冷却系统设计 . .............................................................................................................................. 10
4.1冷却系统的设计准则 ............................................................................................................. 10
4.2冷却系统参数的计算 ............................................................................................................. 10
4.2.1冷却介质 . ............................................................................................................................. 10
4.2.2冷却水体积流量的计算 ...................................................................................................... 10
4.2.3冷却管道直径 ...................................................................................................................... 10
4.2.4冷却回路所需的总表面积 .................................................................................................. 10
第五章 铅笔盒模流分析模拟 ................................................................................................................. 12
5.1网格分析 . ................................................................................................................................ 12
5.1.1模型的导入 .......................................................................................................................... 12
5.2.1 网格划分 . ............................................................................................................................ 12
5.2最佳浇口位置分析 ................................................................................................................. 14
5.3成型窗口分析 ......................................................................................................................... 15
5.3.1区域分析 . ............................................................................................................................. 15
5.3.2制件质量分析 ...................................................................................................................... 15
5.3.3注射压力分析 ...................................................................................................................... 16
5.3.4最低流动前沿温度分析 ...................................................................................................... 16
5.3.5最大剪切应力分析 .............................................................................................................. 17
5.3.6最大冷却时间分析 .............................................................................................................. 17
5.4充填分析 . ................................................................................................................................ 18
5.4.1充填时间分析 ...................................................................................................................... 18
5.4.2气穴位置分析 ...................................................................................................................... 18
5.4.3熔接痕 . ................................................................................................................................. 19
5.4.4流动前沿处的温度 .............................................................................................................. 20
5.4.5充填分析过程信息 .............................................................................................................. 20
第六章 成型零件设计 . .............................................................................................................................. 22
6.1成型零件的结构设计 ..................................................................................................................... 22
6.1.1凹模的结构设计 .......................................................................................................................... 22
6.2成型零件工作部分尺寸的计算 ..................................................................................................... 22
6.2.1型腔径向尺寸 . ............................................................................................................................. 22
6.2.2型芯径向尺寸 . ............................................................................................................................. 23
6.2.3型腔深度尺寸 . ............................................................................................................................. 23
6.2.4型芯高度尺寸 . ............................................................................................................................. 23
6.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算 ................................................................................................. 24
6.3.1模具型腔壁厚度的计算 .............................................................................................................. 24
6.3.2模具型腔底板厚度计算 .............................................................................................................. 24
6.4合模导向机构设计 ......................................................................................................................... 24
6.5推出机构的设计 . ............................................................................................................................ 26
6.5.1脱模力的计算 . ............................................................................................................................. 26
6.5.2 推出机构的设计 ......................................................................................................................... 26
6.6 模架专用零件选取 ........................................................................................................................ 26
6.6.1 定模座板 . .................................................................................................................................... 26
6.6.2 定模板 . ........................................................................................................................................ 26
6.6.3动模板 . ......................................................................................................................................... 26
6.6.4垫块 . ............................................................................................................................................. 26
6.6.4动模座板 . ..................................................................................................................................... 27
6.6.5推板 . ............................................................................................................................................. 27
6.6.6推杆固定板 . ................................................................................................................................. 27
6.7 注射机模具安装尺寸的校核 ........................................................................................................ 27
6.7.1喷嘴尺寸的校核 .......................................................................................................................... 27
6.7.2定位环尺寸校核 .................................................................................................................. 27
6.7.3模具厚度校核 . ............................................................................................................................. 27
6.7.4开模行程的校核 .......................................................................................................................... 27
6.7.5注射机与模具安装尺寸的校核 .................................................................................................. 27
6.7.6最大注射量校核 .......................................................................................................................... 28
6.7.7注射压力校核 . ............................................................................................................................. 28
6.7.8塑件在分型面上的投影面积校核 .............................................................................................. 28
6.7.9锁模力的校核 . ............................................................................................................................. 28
6.7.10顶出装置的校核 ........................................................................................................................ 29
第七章 模具的工作过程 . .......................................................................................................................... 29
7.1模具合模与锁紧 . ............................................................................................................................ 29
7.2模具成型过程 . ................................................................................................................................ 29
7.3 模具开模过程 . ............................................................................................................................... 30
7.4模具复位过程 . ................................................................................................................................ 32
结 论 . .......................................................................................................................................................... 32
参考文献 . ...................................................................................................................................................... 34
前 言
现今我国模具工业呈现新的发展特点与趋势，结构调整等方面取得了不少成绩，信息社会经济全球化不断发展进程，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量不断提高，模具向着信息化、数字化、精细化，自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化，产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
随着汽车、IT 电子、航空等相关行业领域高速发展，我国模具行业日新月异、高技术含量模具成为“十二五”发展重点。未来中国将重点发展高技术含量模具，模具产品向轻巧、精美、快速高效生产、低成本与高质量方向发展。
第一章 塑料制件的工艺性分析
1.1制件原料的工艺性
ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。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。
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。
1.2塑料制件的结构工艺性
图1-1 零件图
图1-2 铅笔盒三维图
1 脱模斜度
塑件冷却时的收缩会让塑件抱紧住模具型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了方便从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时，必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度，在模具上即称为脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。查《塑料模计手册》，查得ABS 的脱模斜度为30′-1°。
2 外形尺寸
铅笔盒塑件是一个结构简单无规则产品。铅笔盒高18mm ，长188mm ，宽70mm ，壁厚2mm ，铅笔盒有一个通孔。所有尺寸都未标注公差，建意采用公差等级MT5。外观要求没有缺陷、飞边、毛刺。塑料件没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。
经过以上分析可知，只要在合理的工艺参数下注射时，成型塑件的质量跟性能都能保证。
第二章 初步选择注射机
2.1制品ABS 的注塑成型参数
注射机类型：螺杆式
螺杆转速(r/min)：20~40
喷嘴形式：直通式
料筒温度：前2180~220℃
中265~180℃
后150~170℃
模具温度：75~85℃
2.2计算制件的体积和质量
使用三维画图软件UG6.0对塑件进行质量属性分析，得出塑件的体积V 为63.45cm 3。使用材料ABS 的密度为1.05g/cm3。根据公式得出塑件质量为m=1.05g/cm3 ×63.45cm 3=66.62g。浇注系统
的凝料体积根据经验，按塑件体积的0.2~1倍计算。由于塑件外形尺寸较小，且大批量生产，为了生产效率，采用一模两腔形式。流道相对较短，所以凝料的体积按0.2倍计算。即v’=12.69cm 3，凝料质量m’=13.32g 。v 总=63.45×2+12.69=139.59cm3。m 总=139.59×1.05=146.57g。
2.3选择注射机
根据额定注射量和ABS 的注射压力选用注射机：综合考虑后选用国产XS-ZY-250立式注射机。其主要参数如表所示：
2.4确定型腔数量
由注射机的最大注射量确定型腔数量n
N≤(Km N -m 2) (0.8⨯250-12.69) ==2.95 63.45m 1
式中 K ——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8
m N ——注射机允许的最大注射量(g或cm 3)
m 2——浇注系统所需塑料质量或体积（g 或cm 3）
m 1——单个塑件的质量或体积（g 或cm 3）
即N4）一般不能生产高精度塑件。该零件结构比较简单，但表面积较小，而且要大批量生产，所以采用一模两腔。
2.5确定分型面
模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。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工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。
分型面的选择应注意以下几点：
（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处
（2）保证制件的精度和外观要求
（3）考虑满足塑件的使用要求
（4）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适
（5）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积
（6）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
（7）不妨碍制品脱模和抽芯
（8）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。
根据塑件的结构形式，本设计分型面设置在铅笔盒开口最大轮廓处A-A 处，如图2-1所示。
图2-1 分型面
2.6型腔的布局
型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够的压力，以保证塑料同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间距离尽可能最短。合理的型腔排布可以避免塑件尺寸的差异、应力形成及脱模困难等问题。由于成型同一尺寸及精度要求制件，所以型腔布局决定采用平衡式，其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可实现均匀进料和同时充满型腔的目的。如图2-2为型腔布局图。
图2-2 型腔布局
第三章 浇注系统设计
浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。
对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本原则：
a) 、塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。 b) 、模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一出二腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。
c) 、塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。
d) 、塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。 e) 、冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计
[6]浇注系统时应考虑储存冷料的措施。
该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。
3.1主流道的设计
据相关资料，查得XS-ZY-250型注射机喷嘴的相关尺寸为：
喷嘴圆弧半径为16mm ，喷嘴口直径为3mm 。
根据模具主流道与喷嘴的关系得到：
主流道进口小端孔直径d=注射机喷嘴口直径+(0.5~1)mm，设计取d=4mm；
主流道进口端球面半径SR=注射机喷嘴圆弧半径+(1~2)mm，设计取S R=18mm；
主流道的长度 L=97mm；
主流道大端直径D=d+2Ltan(α/2)=3.5+2*75*tan(2/2)=7.28mm；
为了将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度α=2°。同时，为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计圆弧过渡，r 一般取1~3mm,这里取得r=2mm。
模具的主流道部分常设计为可拆卸更换的主流道衬套式（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。一般采用碳素钢如T8A 、T10A 等，热处理要求淬火53～57HRC 。浇口套设置在模具的对称中心位置，尽可能保证与相连接的注射机喷嘴为同一轴线。浇口套的形状及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套。为了能与塑料注射机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式。
图3-1 主流道尺寸示意图
图3-2 定位环
图3-3 浇口套
3.2分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过度段，因此，要求所设计的分流道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。
为便于机械加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，常用的分流道截面形状一般可分为圆形、梯形、U 形、半圆形及矩形等。
分流道截面形状及尺寸应根据塑料制件的结构、采用塑料的工艺性、成型条件等因素有关。本套设计产品结构简单，采用圆形截面分流道，分流道尺寸为8mm 。
图3-4 分流道的梯形截面尺寸
3.3浇口的设计
该模具设计采用的是一模两腔侧浇口进浇，宽度L=2 mm其深度H=1.0mm。
图3-5 侧浇口结构尺寸示意图
3.4冷料穴的设计
冷料穴位于主流道正对面的模板上，或者处于分流道的末端，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。根据需要，冷料穴设在主流道的末端，冷料穴截面如图3-6所示。
图3-6 冷料穴尺寸
第四章 冷却系统设计
4.1冷却系统的设计准则
塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。
一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却，便于取出产品。
4.2冷却系统参数的计算
4.2.1冷却介质
ABS 的成型温度和模具温度分别为215ºC ～255ºC 、40ºC ～80ºC 。用普通水作为介质冷却的方法称之为水冷。它是通过普通自来水提压后流经模具并循环流动带走热量。因为水的热容量大、传热系数大、成本低，水冷在塑料模具中应用最多，是常用的冷却方式。本次设计采用常用温水对模具进行冷却，冷却介质选用冷却水。
4.2.2冷却水体积流量的计算
如果忽略模具因空气对流、热辐射以及注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的和简略的计算。
冷却水的体积流量：
0. 86⨯4⨯105mQ -3==1. 4⨯10m 3/min q V =60c ρ(θ1-θ2) 60⨯4. 2⨯1000⨯1000⨯(26-25)
式中 q v ——冷却水体积流量（m 3/min）；
m ——单位时间注射入模具内的树脂质量（kg/min），经过估算约为0.86kg/min；
Q ——单位时间内树脂在模具内释放的热量(J/kg)，取4.0×105J/kg；
c ——冷却水的比热容[J/(kg •K)]；
ρ——冷却水的密度（kg/m3）；
θ1——冷却水出口处温度（°C ）；
θ2——冷却水入口处温度（°C ）；
4.2.3冷却管道直径
为使冷却管道处于湍流状态，取d=8mm。
冷却水道的流速
4q v 4⨯1. 4⨯10-3
v ===0. 30m /s πd 23. 14⨯(0. 01) 2⨯60
4.2.4冷却回路所需的总表面积
A =mQ 3600k (θm -θw )
式中 A ——冷却回路总表面积（m 2）；
m ——单位时间注射入模具内的树脂质量（kg/min），经过估算约为51.624kg/h；
Q ——单位时间内树脂在模具内释放的热量(J/kg)，取4.0×106J/kg；
K ——冷却水的表面传热系数[W/(m2•K)]
θm ——模具成型表面的温度（°C ）；
θw ——冷却水的平均温度（°C ）；
其中
(ρv ) 0. 8(1000⨯0. 30) 0. 8
2[w/(m•K)] k =Φ0. 2=7. 95⨯=19150. 2d (0. 01)
式中 ρ——冷却水在该温度下的密度，kg/m3；
v ——冷却水的流道，m/s；
d ——冷却水孔直径，m ；
Φ——与冷却水温度有关的物理系数，取7.95
51. 624⨯4⨯105mQ 所以A ===11. 9⨯10-3m 2 3600k (θm -θw ) 3600⨯1915⨯(50-25)
从计算结果看，模具塑料释放的总热量、冷却回路所需的总表面积和冷却水体积流量都很小。铅笔盒是小型薄壁制件，考虑模具设计要求结构简单以及模具加工成本因素，本设计采用简单路冷却。
第五章 铅笔盒模流分析模拟
5.1网格分析
5.1.1模型的导入
使用UG 软件建立铅笔盒的三维模型，然后保存为STL 格式文件。方可导入MoldFlow 分析软件。如图5-1所示。
图5-1 零件图
5.2.1 网格划分
用MoldFlow 自动划分网格。网格类型为Fusion(双平面) ；网格面积为402.565cm 2网格体积为63.4572cm 3；连通域个数为1；配向不正确单元个数为0；交叉边个数为0；最大纵横比为9.8；最小纵横比为1.16；网格匹配率为94%，如图5-2所示。
图5-2 网格数据
实际网格如图5-3所示：
图5-3 实际网格
5.2最佳浇口位置分析
首先利用Moldflow 来分析塑件的最佳浇口位置，将分析类型设为最佳浇口，材料采用ABS 塑料（模具表面温度为60 ºC ，熔体温度为260 ºC ），设置注塑机参数，进行分析，结果如图5-4所示，图中蓝色区域为较好的浇注位置。
图5-4 最佳浇口位置
通过MoldFlow 的分析，得出了浇口位置颜色分布区域，结合该零件的形状特点及实际生产设计，将最佳浇口位置设置在该零件的产品边缘（侧进浇），节点N6046和N5834，坐标为（25，50，0）及（25，-50，0），如图5-5所示：
图5-5 确定最佳的浇口位置
注射成型工艺的核心问题，就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所需要求的质量。影响注射成型工艺的重要参数是塑化流动和冷却温度、压力以及相应的各个作用时间。
注射成型过程中需控制的温度有料筒的温度、喷嘴的温度和模具温度。注射模塑化过程中的压力包括塑化压力和注射压力。完成一次注射成型过程所需的时间成为成型周期，它包括注射时间、模内冷却时间及其他时间。
5.3.1区域分析
图5-6 区域分析
由图分析可知，模温范围是60°C-850°C ，熔体温度范围是220°C-280°C ，注射时间为10.52s 。
5.3.2制件质量分析
图5-7 制件质量分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，模具温度越高，制件质量越好。
图5-8 注射压力分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，模具温度越高，注射压力越小，所以适当的提高模具温度有助于采用较小的注射压力。
5.3.4最低流动前沿温度分析
图5-9 最低流动前沿温度分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，模具温度越高，最低流动前沿温度越小，两者呈线性反比例关系。
5.3.5最大剪切应力分析
图5-10 最大剪切压力分析
由图可知，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，剪切应力随着模温的提高而降低。而剪切应力影响到塑件收缩率的变化，剪切应力太小会导致收缩率的变大，剪切应力太大又会导致保压和冷却时间变长，所以应适当选取剪切应力。
5.3.6最大冷却时间分析
图5-11 最大冷却时间分析
由图可以看出，在熔体温度220°C ，注射时间0.3500s 条件下，随着模具温度升高，最大冷却时间随之增大。这就会使生产周期变长，所以不能选择过高的模具温度。
成型窗口推荐的工艺参数：
图5-12 成型窗口推荐参数
综上分析，选模具温度为79.44°C ，熔体温度为275.86°C ，注射时间为2.28s 。
5.4充填分析
5.4.1充填时间分析
充填时间是指熔融体填满整个型腔所需的时间，分析结果如图5-13所示：
图5-13 充填时间
图中蓝色区域为开始浇注的区域，红色为最后浇注的区域, 充填时间为1.534s 。
5.4.2气穴位置分析
在塑料熔体注射充填型腔过程中，模腔内除了原有空气外，还有塑料含有的水份在注射温度下蒸发而成的水蒸气，塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体等。这些气体如果不能通过排气系统顺利排出模腔，将会影响制品成型以及脱模后的质量。它将会受到熔体的压缩并因此对熔体产生反压力，从而导致制品出现填充不足或制品中产生气泡以及组织疏松等，从而产生气穴。MoldFlow 对铅笔盒塑件气穴的位置分析如图5-14所示：
图5-14 气穴的位置
如图所示，气穴在塑件的底部产生，气体都可通过分型面的间隙排出。从熔体整个充填过程看，让气体有充足的时间排出型腔。
5.4.3熔接痕
熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。熔接痕的位置如图5-15所示：
图5-15 熔接痕的位置
熔接痕在塑件的底部及顶部。为了减少熔接痕，调整成型条件，提高流动性。如：提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等或者增设排气槽。
5.4.4流动前沿处的温度
流动前沿温度指的是熔融体流动前沿到某一节点的温度。在制件厚度比较薄的部分，如果这一温度太低，则会造成滞流、短射现象的发生。如果这一温度太高，则会使熔融聚合体发生降解，造成制件的表面缺陷。所以，在成型过程中要确保熔融流动前沿的温度保持在塑料聚合体所要求的使用范围内。流动前沿处的温度所图5-16所示：
图5-16 流动前沿处的温度
如图所示，方案的塑料熔体流动前沿处的温度在205.6℃-260.8℃。整个充填过程中, 合理的熔体流动前沿温度分布应该是均匀的, 即模型的温度变化较平稳。方案的温度变化都比较平稳，表明方案由传热散失的热量和因摩擦而产生的热量基本平衡, 避免了热衰变的可能性，符合要求。
5.4.5充填分析过程信息
图5-17 充填分析过程信息
如图5-17所示V/p转换发生在型腔的99%被充满的时候，此时的填充压力在27.97MPa 左右,1.5s 的时间时型腔填充完成。
第六章 成型零件设计
6.1成型零件的结构设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受熔体料流的高压冲刷、脱模摩擦等，因此，成型 零件不仅要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理的结构，较高的强度、刚度及较好的耐磨性。
设计塑模的成型零件时，应根据塑件的塑料性能、使用要求、几何结构，并结合分型面和浇口位置的选择、脱模方式和排气位置的考虑来确定型腔的总体结构。也就是说，根据塑件的尺寸，计算成型零件型腔的尺寸，确定型腔的组合方式，确定成型零件的机加工、热处理、装配等要求，还要对关键的部位进行强度和刚度校核。
6.1.1凹模的结构设计
凹模是成型零件外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。
整体式凹模由整块材料加工而成，它的特点是牢固，使用中不易发生变形，不会使塑件产生接线痕迹。但由于加工困难，热处理不方便。
组合式凹模由两个以上的零部件组合面成的。按组合方式不同，组合式凹模结构可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。
凸模和型芯均是成型零件塑件内表面的零件。凸模一般是指成型塑件中较大的、主要内形的零件，又称为主型芯；型芯一般是成型塑件上较小的孔槽的零件。
铅笔盒塑件还有孔槽结构，便孔槽结构简单，不需单独设计型芯，所以凸模就是只有主型芯。主型芯按结构分为整体式和组合式两种。整体式型芯，结构牢固，但不方便加工，消耗模具钢多，主要用于工艺试验模和小型模具上的形状简单的型芯。组合式型芯的优缺点与组合式凹模的基本相同。设计制造这类型芯时，必须注意结构合理，应保证型芯和镶块的强度，防止热处理变形，应避免尖角和薄壁。
基于本次注射模设计，主型芯采用组合式型芯，即先将型芯单独加工，再镶到模板中，这种结构加工效率高，装拆方便。
6.2成型零件工作部分尺寸的计算
平均收缩的计算
查塑料成型工艺与模具设计[1]的表附录B 得，ABS 的最小收缩率S min 为0.4%，最大收缩率Smax 为0.6%，由公式5-14[1]得，
S =S max +S min 0.4+0.6×100%=×100%=0.5% 22
6.2.1型腔径向尺寸
+δZ 由公式5-16[1]可知：L M =[L S (1+S )-xΔ]0
由于塑件尺寸较小、精度级别较高x=0.75。即
+δZ +1/3+0.33L M 1=[L S (1+S )-0.75Δ]0=[188×(1+0.005)-0.75×1]0 =188.190mm ；
+δZ +0.17+0.52/3L M 2=[L S (1+S )-0.75Δ]0=[70×(1+0.005)-0.75×0.52]0=69.960mm ；
式中 L M ——型腔的最小基本尺寸
L S ——塑件的最大基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ1=1，Δ2=0.52，
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.2.2型芯径向尺寸
由公式5-17[1]可知：l M =[l S (1+S )+xΔ]-δZ
0L M 1=[l S (1+S )+0.75Δ]-δZ =[188×(1+0.005)+0.75×1]0-1/3=189.69-0.33mm ；
0L M 1=[l S (1+S )+0.75Δ]-δZ =[70×(1+0.005)+0.75×0.52]0=70.74-0.52/3-0.17mm ； 000
式中 l M ——型芯的最大基本尺寸
l S ——塑件的最小基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ1=1，Δ2=0.52
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.2.3型腔深度尺寸
由公式5-18[1]可知：
+δZ +0.26/3+0.09H M =[H S (1+S )+0.5Δ]0= [18×(1+0.005)-0.5×0.26]0=17.960mm ；
式中 H M ——型腔深度的最小基本尺寸
Hs ——塑件的最大基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ=0.26
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.2.4型芯高度尺寸
由公式5-19[1]可知：
0h M =[h S (1+S )+0.5Δ]-δZ =[12×(1+0.005)+0.5×0.22]0-0.22/3=12.17-0.07mm ； 0
式中 h M ——型芯的最大基本尺寸
hs ——塑件内部最小基本尺寸
S ——塑件的平均收缩率
Δ——塑件的公差；查表2-19[1]得Δ=0.22
δZ ——模具制造公差；δz = ∆
3
6.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算
本模具采用整体嵌入式矩形凹模型腔，塑料模具在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足产生翘曲变形，导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度及模具的寿命。
本设计的铅笔盒尺寸较小，应按强度计算。
6.3.1模具型腔壁厚度的计算
本次注射模设计，采用整体嵌入式形式型腔，按强度条件计算型腔侧壁厚度。由于H 1/l ≥0.41，所以采用一下公式：
s =pl 2(1+
Wa ) 2[σ]
式中：
s ——矩形型腔侧壁厚度（mm ）
p ——型腔内熔体的压力（Mpa ）一般为30～50 Mpa，这里取40Mpa
l ——型腔侧壁长边长（mm ）
W ——抗弯截面系数，查表5-14得W=0.148
A ——矩形成型型腔的边长比，a=R/R=1.0
[σ]——模具材料允许的应力，[σ]=160Mpa
6.3.2模具型腔底板厚度计算
整体式矩形形型腔最大变形发生在板的中心。按强度条件计算，底板厚度，采用公式5-48[1]：
α'
pb 2
h =[σ]
式中：
h ——矩形型腔底板厚度（mm ）
α'——由模脚之间距离和型腔短边长度L/b所决定的系数，查表5-16得α'=0.3078
p ——型腔内熔体的压力（mpa ）一般为30～50 Mpa，这里取40Mpa
b ——矩形短边厚度（mm ）
[σ]——模具材料允许的应力，[σ]=160Mpa
6.4合模导向机构设计
导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。主要作用：定位作用，模具闭合后保证上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸准确；导向作用，合模时，首先是导向零件接触，引导上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏；承接一定的侧向压力，塑料熔体在充许进程中可能产生单向侧向压力或受成型设备精度低的影响，导柱将承受一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。若侧向压力很大或精度要求高时 ，则不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构来承担侧向压力。
本设计选用带头导柱。导柱的形式如图6-1所示：
图6-1 导柱的形式
本设计导套使用带头导套和直导套。导套应配合导柱进行选择，导套用于导柱相同的材料或者铜合金得耐磨材料，其硬度一般应低于导柱硬度，减轻磨损，防止导柱、导套拉毛。导柱固定部分与导向部分采用Ra=0.8μm, 导套采用H7/m6或者H7/k6配合入模板。导套的组合形式如图6-2所示：
图6-2 导套的组合形式
6.5推出机构的设计
6.5.1脱模力的计算
脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力，需克服塑件对型芯的包紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。脱模力的计算是注射模具脱模机构设计的重要依据。
根据式5-56[1]可知，脱模力的计算如下：
F t =Ap (μcos α-sin α) =25363.6⨯1.0⨯10(0.3⨯cos0.5-sin0.5) =73874.5N
式中 F t ——脱模力
A ——塑件包容型芯的面积
p ——塑件对型芯的单位面积上的包紧力，由于本设计的塑件是模内冷却的，p 约取8~12MPa，这里取10Mpa
μ——塑件对钢的摩擦因数，约为0.1~0.3，这里取0.3
α——型芯的脱模斜度
6.5.2 推出机构的设计
由于铅笔盒是平板薄壁形状的产品，本次设计采用推杆推出机构。推杆位于动模侧。开模时，通过复位杆作用推杆，将塑件推出。
为了使推出机构合模后能复位，推板固定板上同时装有复位杆，常见的复位杆均用圆形截面，以便推出机构合模时复位平稳，复位杆端面与推动模板表面对齐。复位杆复位是通过安装在推板固定板的弹簧通过压缩产生弹力带动推板固定板向后移动从而复位。
6.6 模架专用零件选取
6.6.1 定模座板
W×L=450×400mm ，H=30mm。定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢, 调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.2 定模板
W ×L=400×400mm,H=70mm。定模板用于固定型腔和导套。固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，其材料为45钢，调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.3动模板
W×L=400×400mm ，H=80mm。动模板用于固定型芯，应具有较高的平行度和硬度。其材料选用45钢，调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.4垫块
在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。该模具采用平行垫块。W ×L=68×400mm 。H=120mm。其材料选用45钢，硬度为HRC43～48。
6.6.4动模座板
W ×L=450×400mm ，H=30mm。材料为45钢, 调质处理，硬度为HB230～270。
6.6.5推板
W ×L=260×400mm ，H=25mm。材料选用45钢，淬火处理，硬度为HRC43～48。
6.6.6推杆固定板
W ×L=260×400mm ，H=30mm。材料为45钢，淬火处理，硬度为HRC43～48。
6.7 注射机模具安装尺寸的校核
不同型号的注射机其安装模具部分的尺寸和形状各不相同，设计模具时应对应其相关尺寸加以校核，以保证模具能顺利的安装。
6.7.1喷嘴尺寸的校核
注射机喷嘴头为球面，其球面半径应与相接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。喷嘴直径3mm ，喷嘴球面半径16mm 。
6.7.2定位环尺寸校核
模具的定位部分设计一个与主流道同心的凸台，此为定位环，并需求与注射机模板上的定位孔采用一定的配合，定位圈外径为100mm 。
6.7.3模具厚度校核
模具厚度必须满足：H min ＜H ＜H max
式中H min ——注射机允许的最小模具厚度，由所选注射机可知H min =200mm。
H max ——注射机允许的最大模具厚度，由所选注射机可知H max =350mm。
模具厚度H=330mm，即200＜330＜350, 因此符合条件。
6.7.4开模行程的校核
因为所选的注射机为XS-ZY-250，即注射机最大开模行程Smax 与模板厚度无关，它们的开模距离均由连杆机构的冲程或其它机构的冲程所决定的。
由式4-8[1]可知，对于单分型面注射模，其校核公式为：
s max ≥s=H1+H2+5 -10mm
式中H 1——推出距离（脱模距离）（mm ），为40mm ；
H 2——包括浇注系统凝料在内的塑件的高度（mm ），为102mm 。
所以s=60+102+5-10=172mm。
所选注射机的最大开模行程为500mm ，172mm ＜500mm ，所以符合条件。
6.7.5注射机与模具安装尺寸的校核
注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。
本模具采用压板固定，注塑机螺钉孔在430mm×508mm 之间分布，模具外形尺寸
450mm×400mm ，所以满足要求。
6.7.6最大注射量校核
由第二章中计算得塑件重量加上凝料重量为146.57g 。注射机的最大注射量为
0.96g/cm3×250cm3=240g﹥146.57g ，所以注塑机符合要求。
6.7.7注射压力校核
塑料成型所需要的注射压力是由塑料的品种、注射成型、喷嘴形式、塑件形状以及浇注系统的压力因素综合决定的。对于精度要求大的塑料以及形状细薄、流程长的塑件注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时的注射压力。
ABS 塑料注射所需的注射压力为80～120MPa ，由于XS-ZY-250为螺杆式注射机，注射压力传递较好，所以应选小一些，100MPa 比较符合ABS 塑料成型的注射压力要求。
6.7.8塑件在分型面上的投影面积校核
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涨模溢料现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系：
nA 1+A 2
式中A 1——单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
A 2——浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
A ——注射机允许使用的最大成型面积（mm 2）。
A 1=11956.4mm2。
A 2=1450.8mm 2。
2A 1+A 2=25363.6mm 2≈253.64cm 2。
所选注射机最大成型面积为500 cm2, 即2A 1+A 2
因此塑件在模具分型面上的投影面积符合要求。
6.7.9锁模力的校核
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，不使成型过程出现溢料现象，必须满足以下关系：
(nA 1+A 2) p
式中A 1——单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
A 2——浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm 2）；
p ——塑料熔体对型腔的成型压力（MPa ），其大小一般是注射压力的80%；
F ——注射机的额定锁模力（N ）。
ABS 的注射压力为80～120MPa ，取50MPa 。
(nA 1 A 2) p =25363.6mm2×50MPa=1268180N=1268KN。
所选注射机的合模力为1800KN ，所以锁模力符合要求。
6.7.10顶出装置的校核
由于选用的是XS-ZY-250注射机，所以采用中心顶出杆液压顶出与两侧顶出杆机械顶出联合作用。
第七章 模具的工作过程
7.1模具合模与锁紧
模具首先低压快速进行闭合，在动模与定模很接近时，合模的动力系统自动切换成低压、低速，在确认模内无异物时，再切换成高压低速从而使模具锁紧。
7.2模具成型过程
注射装置前移，当喷嘴与主流道入口贴合时，在注射压力的作用下，完成注射并成型（此过程需要保压），然后使制件在模内冷却成型。
7.3 模具开模过程
图7-1 模具二维装配图
图7-2 三维装配图
如图7-1模具只有一次分型：直接定模与动模开模。
分型时，当动模板侧起初受到注塑机的拉力时，在拉力的作用下定模与动模分开， 定模板与动模板分开，塑件包裹在型芯上一起向后运动，到达注塑机的限定的行程时，注射机的顶棍作用于推板，会推动与推板固定板连接的复位杆一起向前运动，然后复位杆带动推杆，将塑件从型芯上推出。
7.4模具复位过程
合模时，由定模板推动复位杆带动推杆复位。在动模向定模逐渐合拢的过程中，推出机构便被复位杆顶住，从而与动模产生相对移动，直至分型面合拢时，推出机构便回复到原来的位置。
结 论
本论文是关于铅笔盒的设计，具有较强的现实意义。它除了检查学生的检索、调研能力外，更重要的是综合了大学所学的基本知识。本文在塑件工艺性、工艺方案、模具结构、模具设计及模具工作过程等方面做了详细的论述。
通过本次设计，主要完成了以下工作：
1、使用UG 软件对铅笔盒进行三维造型，并以IGS 格式导入Moldflow 中进行CAE 分析。通过最佳浇口位置和流道平衡CAE 分析，从而确定选择一模两腔的型腔布置方式。
2、进行模具设计。模具设计主要包括浇注系统的设计、冷却系统的设计、成型零部件的设计、脱模机构的设计。
3、用CAD 绘制了模具的二维装配图，以及型腔、型芯、定模固定板等主要零件。
4、用UG 完成了模具的三维装配图。
本次设计的难点是用UG 绘制模具的三维装配图。由于接触UG 时间较短，对软件使用还不熟练。加上模具结构理解不是很到位，以至于三维图跟二维图有些差异，然后在绘制二维图过程中加以改正自己错误。另外CAE 分析比较简单，没全面模拟塑件的成型过程。因此要求要有很好的Moldflow 知识才能准确完成模拟过程。
参考文献
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