塑料水杯盖注塑模具设计

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，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。

关键词：塑料模具；分型面；设计 Abstract：The plastics industry in the world grows one of now quickest industry

classes, but the injection mold is develops the quick type, therefore, the research

injection mold to understood that the plastic product the production process and

improves the product quality to have the very big significance. This design introduced

injection molding's basic principle, specially single is divided the profile to inject

mold's structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic

principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection mold gating

system, the temperature control system and goes against system's design process, and

has given the explanation to the mold intensity request, through this design, may have

a preliminary understanding to the injection mold, notes in the design certain detail

question, understands the mold structure and the principle of work.

Key word: Plastic；injection mold；Design

第一章绪论.....................................................3

课题背景及意义...................................................3

1.2 本课题及相关领域的国内外现状及发展..........................3

1.2.1 塑料模功能.................................................3

1.2.2 国内外塑料模现状...........................................3

1.2.3塑料模发展趋势..............................................4

第2章产品材料的基本特性及产品工艺分析..........................5

2.1.1 注射模设计特点.............................................5

2.1 注塑模概述...................................................5

2.1.2 注射模的组成件............................................5

2.2 塑件的工艺分析...............................................5

2.2.1塑料制品的材料..............................................7

2.2.2分析塑件的结构工艺性.......................................8

2.2.3 塑件的尺寸精度分析.......................................8

2.2.4 表面质量分析..............................................8

2.3 分型面及排气槽的设计........................................8

2.3.1 分型面的设计..............................................8

2.3.2 排气槽的设计 .............................................8

2.4 注射机的选用...............................................8

2.4.1 型腔数目的确定............................................8

2.4.2 注射机的选择..............................................8

第三章：注塑模的结构设计.........................................10

3.3 浇注系统的设计...............................................10

3.3.1 主流道的设计...............................................10

3.3.2 浇口设计...................................................10

3.3.3合模导向机构设计..........................................10

3.3.4 导柱的设计.................................................11

3.3.5 导套的设计.................................................11

3.4 成型零件的设计...............................................11

3.4.1 型腔型芯的设计.............................................11

3.4.2型腔、型芯径向尺寸计算......................................12

3.4.3 型腔、型芯的深度尺寸的计算.................................13

3.4.4 螺纹成型零件的工作尺寸计算.................................13

3.5 型腔侧壁厚度与底板厚度的校核.................................14

3.5.1 刚度条件计算式.............................................14

3.5.2 强度条件计算式.............................................15

3.6 模外动力旋转脱模设计.........................................16

3.6.1 螺纹脱模力矩计算...........................................16

3.7模温调节系统设计.............................................17

3.7.1 冷却系统的简略计算.........................................17

3.7.1.1 热平衡计算...............................................17

3.7.1.2湍流计算.................................................18

3.7.1.3 冷却面积计算.............................................19

3.7.2 冷却系统的设计.............................................19

3.8 注射机有关尺寸的校核........................................19

3.8.1最大注射量的校核...........................................19

3.8.2锁模力的校核...............................................20

3.8.3最大注射压力的校核.........................................20

3.8.4模具厚度校核...............................................21

3.8.5开模行程的校核.............................................21

3.9 模具设计总装图...............................................21

参考文献......................................................23

结论..........................................................23

第1章绪论

1.1 课题背景及意义

市场竞争的日趋激烈，使得产品的功能日趋多元化，产品的生命周期不断缩

短，塑料产品结构日趋多样化和复杂化，客户对产品质量的要求也越来越高。这在一定程度上决定了模具设计和注射成型过程的复杂性，有些注射成型问题连有经验的模具设计师和注射工艺师都很难把握。而传统的注射模设计首先考虑的是模具结构本身的需要，之后考虑的才是注射制品的需要。例如，常规的注射模设计通常是根据经验确定浇注系统和冷却系统，而不是根据流动分析来确定，最后在试模过程中通过反复的调整模具的浇注系统和冷却系统参数来勉强达到产品

的质量要求。模具试模周期过长、试模成本过高严重影响了企业的竞争力。因此，对塑料熔体的注射成型过程的计算机模拟对优化产品结构设计、模具设计以及注射成型工艺具有非常重要的指导意义。

1.2 本课题及相关领域的国内外现状及发展

1.2.1 塑料模功能

分子材料加工领域中，用于塑料制品成形的模具，称为塑料成形模具，简称

塑料模。塑料模优化设计，是当前高分子材料加工领域中的重大课题。

在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模设计对制品质量与产量，就具有决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、浇注与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，。

现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率的设备和先进的模具，被誉

为塑料制品成形技术的“三大支柱”。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求、

塑件使用要求和塑件外观造型要求起着无可代替的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与产品更新均以模具制造和更新为前提。

1.2.2 国内外塑料模现状

我国塑料模的发展极其迅速。塑料模的设计技术、制造技术、CAD技术、CAPP

技术，以有相当规模的开发和应用。我国在塑料模设计技术上，与发达国家和地区的差距，参见表1.1。在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全，

质量尚不稳定。

表1.1 塑料模设计技术

1.2.3塑料模发展趋势塑料模技术，包括设计技术、材料选择、加工技术管理与维修技术等多种领

域，属于系统工程技术。随着塑料模应用领域不断扩大，地位的不断提高，对此国家以制定出明确的奋斗目标。

上图为产品三维图有SolidWorks生成

第2章产品材料的基本特性及产品工艺分析

2.1 注塑模概述

2.1.1 注射模设计特点

塑料注射模能一次性地成型形状复杂，尺寸精确，或带有嵌件的塑料制件。

作为先进的模具，须在使用寿命期限内保证制品质量，并要有良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。

此外，在注塑模设计时，必须充分注意到以下特点：

（1）塑料熔体大多属于假塑体液体，能“剪切变稀”。

（2）视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。

（3）整个成型周期中，塑件——模具——环境组成了一个动态的热平衡系

统。

2.1.2 注射模的组成件

凡是注射模，可分为动模和定模两大部分。注射充模时动模和定模闭合，构

成型腔和浇注系统。开模时动模与定模分离，取出制件。定模安装在注射机的固定模板上；动模则安装在注射机的移动模板上。根据零件的不同功能，可由七个系统或机构组成：（1）成型零件：主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件，各种成

型杆与成型环；（2）浇注系统（3）导向和定位机构；（4）脱模机构：主要由顶

杆、顶出板、回程杆、顶出固定板、拉料杆等组成；（5）侧向分型抽芯机构；（6）温度调节系统；（7）排气系统。

2.2 塑件的工艺分析

2.2.1塑料制品的材料

析塑件使用材料的种类及工艺特征

该塑件材料选用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。

用途：汽车配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等），收音机壳，

电话手柄、大强度工具（吸尘器，头发烘干机，搅拌器，割草机等），打字机键

盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。

比重:1.05克/立方厘米

燃烧鉴别方法：连续燃烧、蓝底黄火焰、黑烟、浅金盏草味溶剂实验：环已

酮可软化，芳香溶剂无作用

特点：

1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。

5、用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.

6、同PVC（聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。

成型特性：

1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时

间预热干燥80-90度,3小时.

2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度较高

的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度.

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变

入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导

致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种

性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、

丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。

ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、

刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊

的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电

性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，散热性（现在ABS工程塑料的工艺已经

很成熟了，笔记本电脑只要内部结构设计合理，同样可以有出色的散热效果。)

成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部

分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。

ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为

1.02~1.05g/cm³。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐

水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS

不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度

和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性

不高，连续工作温度为70ºC左右，热变形温度为93ºC左右，且耐气候性差，在

紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱

模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，

模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、

熔料温度对收缩率影响极小。

ABS主要技术指标：

表2-1 热物理性能

表2-2 力学性能

表2-3 电气性能

该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求

精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材

料性能，故选一般精度等级： MT7级。

工艺性分析:

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用点浇口。该浇口的分流道位于

模具的分型面处，浇口纵向开设在模具的型腔处，从塑料件顶面进料，因而塑件

外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

塑件的工艺参数：

干燥条件：80-90℃ 2小时

成型收缩率:0.4-0.7%

模具温度：25-70℃（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较

低）

融化温度：210-280℃（建议温度：245℃）

成型温度：200-240℃

注射速度：中高速度

注射压力：500-1000bar

2.2.3 塑件的尺寸精度分析

注塑件由于没有精度要求,因此取最低精度5级(SJ1372-78)。由以上分析可

见,该零件的尺寸精度为低精度,对应的模具相关的零件加工可以保证。

2.2.4 表面质量分析

塑料件没有特别的表面质量要求,故比较容易实现。经过以上分析可以看出，

注射时在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。

2.3 分型面及排气槽的设计

2.3.1 分型面的设计

在注塑模中,用于取出塑件或浇注系统凝料的面,通称为分型面。分型面选择

的一般原则：（1）应便于塑件的脱模。（2）应保证塑件的质量。（3）应有利于防

止溢料。4）应有利于排气。5）应尽量使成型零件便于加工。

该塑料件为一对称的圆形件，基于以上原则，分型面可选在塑件截面积最大

处，如图2.4所示(由SolidWorks截图获得)。

图 2.4 塑料盖分型面

2.3.2 排气槽的设计

由于是中小型模具，利用分型面排气是最简便合理的方法,同时利用配合间

隙排气,其间隙为0.03mm～0.05mm。

2.4 注射机的选用

2.4.1 型腔数目的确定

方案Ⅰ 一模一腔

优点：模具结构简单，制造容易，产品精度高。

缺点：生产效率低。

方案Ⅱ 一模多腔

优点：生产效率高。

缺点：模具结构复杂，设计成本高，质量不易保证。

该塑料盖含有螺纹结构，为了实现自动化生产，宜采用旋转机构，为了简化模具

机构，应采用方案Ⅰ，即一模一腔

2.4.2 注射机的选择

由于 ABS的密度为1.0～1.1 g/cm3

则 V=

2⎡⎛8⎫2⎤⎛9.5⎫22 ⎪π⨯13-⎢ ⎪π⨯(1.3-0.2)⎥-0.2π⨯0.2-0.3π⨯(1.3-0.4)⎝2⎭⎢⎝2⎭⎥⎣⎦()

+0.22π⨯0.12+2⨯[(2.1-0.12)tg10︒+1.2]

=39.62cm3

式中 V---塑料件和浇注系统的体积（cm3）

F锁=Pq （n A1+A2）/1000

⎛95⎫A1= ⎪π⎝2⎭2

=47.52×3.14=7.09×103 mm2

A2= ⎛8.2⎫ ⎪π⎝2⎭2

=4.12×3.14=0.21×103 mm2

式中 n---型腔数目；n=1；

Pq---塑料件熔体对型腔的成型压力（MPa）；

A1---单个塑料件在模具分型面上的投影面积（cm2）；

A2---浇注系统在模具分型面上的投影面积（cm2）。

由资料可知，ABS的熔体压力为30/MPa。

代入数据得：

F锁=30×（7.09×103+0.21×103）/1000=219 KN

故选用XS—ZY—125型注射机，其技术规范如表2.5。

第三章：注塑模的结构设计

3.3 浇注系统的设计

注系统的设计对注射成型效率和制件质量有直接影响，是获得优质塑料制品的关键。它的设计合理与否，影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易程度。

3.3.1 主流道的设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。因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、压力塑料熔体要冷热交替反复接触，属于易损件，对材料要求较高，

主流道设计如图3.1（由其主要参数为：

d=碰嘴直径+1mm；R=碰嘴球面半径+2α=2°～4°；

r=D/8；

H=（1/3～2/5） R 3.3.2 浇口设计

本制件为一塑料盖，n 浇注系统一般均由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。 Li

ti 浇注系统和型腔的流程比B的校核式：B=∑i=1≤[B]

式中 Li---各段流程长度（mm）；

ti---流程各段厚度（mm）；

[B]---允许流程比，查资料得ABS的流程比为175：1。

代入数据得：B=31.5

2+5

2+12

2+13

4+4

5+21

9⋅6+21

9⋅6=32.7＜175

符合要求，可行。

3.3.3合模导向机构设计

模具闭合时要求有准确的方向和位置。具有一定精度的合模导向机构，是注射模设计不可缺少的组成部分。

3.3.4 导柱的设计

技术要求：（1）为使导柱具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，采用T10钢经淬火处理，硬度为50HRC～55HRC。导柱固定部分表面粗糙度为Ra0.8μm,导向部分表面的粗糙度为 Ra0.8μm～Ra0.4μm。

3.4 成型零件的设计 3.4.1 型腔型芯的设计

塑料件具有内螺纹，型芯设计为独立的螺纹型芯（如图3.4所示），以便旋转脱模。

图 3.4 螺纹型芯（由SolidWorks截图获得）

并采用H8/h8的间隙配合，将螺纹型芯直接插入模具相应的配合孔中。凹模设计为底部镶拼结构（如图3.4所示由SolidWorks截图获得），简化了模具的加工性，减少了热处理变形，镶拼结构便于模具维护，节约了贵重的模具钢，镶拼处的间隙利于排气。

3.4.2型腔、型芯径向尺寸计算

注射塑料ABS的成型收缩率：

Scp=

Smax+Smin

由表知Smax=0.7%，Smin=0.3% Scp=

0.7%+0.3%

=0.5%

（1）型腔的径向尺寸： Lm=[（1+Scp%）Ls－

34∆

]0+δ

式中 Lm——型腔径向尺寸；单位为mm

Ls——塑件的基本尺寸；单位为mm

∆

——塑件的公差值；图 3.5 凹模镶块

δ——模具成形零件的制造公差；取∆/4 将数据代入公式中得：

Lm1=[（1+0.5%）³95－0.75³0.60]0

+0.07

=95.220+0.07 mm =66.070+0.13 mm =87.150

+0.07

Lm2=[（1+0.5%）³66－0.75³0.52]0Lm3=[（1+0.5%）³87－0.75³0.60]0Lm4=[（1+0.5%）³8－0.75³0.20]0

+0.13

+0.07

+0.05

=95.220+0.05 mm

（2）型芯径向尺寸：

lm= [（1+Scp%）Ls+

∆]

0-δ

式中 lm——型芯径向尺寸；单位为mm

将数据代入公式中得：

lm1= [（1+0.5%）³63+0.75³0.46] －0.12=62.78- 0.12

3.4.3 型腔、型芯的深度尺寸的计算（1）型腔深度尺寸计算：

Hm=[（1+Scp%）Hs－

+δ

Δ]

式中 Hm----型腔深度尺寸；单位为mm

Hs----塑件的基本尺寸；单位为mm

将数据代入公式中得：

Hm1=[（1+0.5%）³13－

2323

³0.22]0

+0.06

=12.930

+0.06

Hm2=[（1+0.5%）³5－

³0.18]0+0.05=5.30+0.05 mm

（2）型芯高度尺寸计算：

hm=[（1+Scp%）Hs+

hm1=[（1+0.5%）³11+hm2=[（1+0.5%）³5+hm3=[（1+0.5%）³2+

232323

Δ]

0-δ

³0.22] -0.05 =11.25-0.05 mm

³0.18] -0.050 =5.15-0.050 mm ³0.16] -0.040 =2.11-0.040 mm

3.4.4 螺纹成型零件的工作尺寸计算

大径 dM=(Ds+DsScp+b)-δ

式中 dM---螺纹型芯大径（mm）；

DS---塑件内螺纹大径（mm）；

Scp

---塑件的平均收缩率（%），ABS取Scp=0.5%；

---塑件内螺纹中径公差（mm）；查螺纹公差标准GB197-81得b

=0.18mm

δz---螺纹型芯大径制造公差（mm），δz=0.06mm。

代入数据得： dM=（80+80³0.005+0.18）0-0.06 =80.580-0.06mm 中径 d2M

3⎫⎛

= D2S+D2SScp+b⎪

4⎭-δZ⎝

式中 d2M---螺纹型芯中径（mm）；

D2S---塑件内螺纹中径（mm）；

。查资料得δz=0.05mm。 δZ---螺纹型芯中径制造公差（mm）

代入数据得： d2M=（78+78³0.005+ =78.530mm -0.05

小径 d1M=(D1S+D1SScp+b)-δ

³0.18）0mm -0.05

式中 d1M---螺纹型芯小径（mm）；

D1S---塑件内螺纹小径（mm）

。查资料得δz=0.06mm δZ---螺纹型芯小径制造公差（mm）

代入数据得： d1M=（76+76³0.005+0.18）0 -0.06

=76.560mm -0.06

螺距 PM=(PS+PSScp)±δZ 式中 PM---螺纹型芯螺距（mm）；

PS---塑件内螺纹螺距（mm）；

。查资料得δz=0.04mm δZ---螺纹型芯螺距制造公差（mm）

代入数据得： PM=（1.5+1.5³0.005）± =1.51±0.02mm

0.042

3.5 型腔侧壁厚度与底板厚度的校核

由理论分析和生产实际证实，在塑料熔体的高压作用下，小尺寸模具主要是强度问题。首先要防止模具的塑性变形和断裂破坏。因此，用强度条件式进行凹模壁厚和底板厚度设计计算，再用刚度条件式进行校核。 3.5.1 刚度条件计算式

（1）组合式型腔侧壁厚度

⎡[δ]E⎤

+1-μ⎢⎥

R=r⎢⎥

δE⎢-1-μ⎥⎣rP⎦

1/2

⎛[δ]E+0.75rP

⎝[δ]E-1.25rP

⎫⎪⎪⎭

1/2

式中 E----模具钢材的弹性模量（N/mm2）；一般中碳钢E=

2.1⨯10N/mm

；

[δ]---模具刚度计算许用变形量（mm）； μ---模具钢材的泊松比，μ=0.25； P---模腔内最大熔体压力（N/mm2）

ABS塑料盖，要求达到SJ1372—78的3级精度，模具为IT8级精度，且为组合式型腔结构。塑件尺寸为φ95mm³13mm，以W=φ95mm为计算尺寸，查资料，代入得：

[δ]=25i2=25[0.45W1/5+0.001W]

1/5

⎡95⎤⎛95⎫

= 25³⎢0.45⨯ ⎪+0.001⨯⎥

2⎥⎝2⎭⎢⎣⎦

=25μm=0.025mm

95⎛⎫5

⨯34.3⎪ 0.025⨯2.1⨯10+0.75⨯

95⎪所以 R=⨯

952 ⎪5

⨯34.3⎪ 0.025⨯2.1⨯10-1.25⨯2⎝⎭

1/2

=81.2mm

则壁厚应为81.2mm-47.5mm=33.7mm 该板最小壁厚为52.5mm，符合条件。（2）组合式型腔底板厚度

4⎛Pr

T= 0.74

E[δ]⎝

1/3

⎫

⎪⎪⎭

⎫⎪⎪⎭

1/3

⎛34.3⨯47.5= 0.74⨯2.1⨯105⨯0.025⎝

=20.1 mm

设计底板厚度为21mm，符合要求。 3.5.2 强度条件计算式

（1）组合式型腔侧壁厚度

⎡⎛[σ]S=r⎢

[σ]-2P⎢⎣⎝

⎫

⎪⎪⎭

1/2

⎤

-1⎥ （[σ] ＞2P） ⎥⎦

式中 [σ]----模具强度计算的许用应力（N/mm2）；一般中碳钢[σ]=160N/mm2。代入数据得：

1/2

⎡⎛⎤160⎫

S=47.5⨯⎢ -1⎥ ⎪

⎢⎥⎣⎝160-2⨯34.3⎭⎦

=15.3mm

该板设计壁厚为52.5mm>15.3mm,符合强度条件。（2）组合式型腔底板厚度

⎛3(3+μ)Pr

T= 8[σ]⎝

1/2

⎫

⎪⎪⎭⎛P⎫

=1.10r ⎪ ⎪

[]σ⎝⎭

1/2

34.3⎫

代入数据得： T=1.10⨯47.5⨯⎛ ⎪

160⎝⎭

=20.2mm

设计底板厚度为21mm，符合强度要求。

3.6 模外动力旋转脱模设计

生产中常用模具外的人力或电动机-减速器拖动，旋转螺纹型芯实现螺纹塑件的脱模。但是螺纹塑件不能跟随成型零件一起转动，一定要有止转措施。为此，在螺纹塑件的内表面设有止转孔。

为了减少劳动强度提高效率，适应大批量生产，本设计采用电动机旋退塑件螺纹。在第Ⅱ次分模完毕后，电动机带动链轮使螺纹型芯开始旋转脱模，在脱模过程中，固定在动模板上的止转衬套在弹簧的作用下始终与塑件端面保持接触，以防止塑件随螺纹型芯旋转，一直到脱模结束。 3.6.1 螺纹脱模力矩计算

螺纹旋退时的脱模力矩计算：

M=fcpsr2=fc(p1+p2)r2

式中

r2---螺纹中径的半径值；

ps---总包紧力；

fc---塑料件与钢表面的脱模系数。

由《机械设计手册》确定有关参数：M80普通粗牙螺纹，中径d2=78mm，r=39mm。

32E=2.1³10N/mm，内径d1=76mm，外径d=80mm。 ABS，α=10³10-5/℃，fc=0.45，

=100℃，Tj=60℃，μ=0.38。由已知条件R=47.5mm，h=13mm。

代如数据得：t=R－r2=47.5－39=8.5mm

td2

8.578

110

180

p1=

1.25αE(Tf-Tj)R+rR-r

2222

∙Ac

+μ

1.25⨯10⨯10

-52

⨯2.1⨯10⨯(100+60)

47.5+3947.5-39

⨯π⨯78⨯11

+0.38

=6060.9 N

（d－d1） p2=1.5αE（Tf－Tj）

=1.5³10³10-5³2.1³103³40³（802－762） =7862.4N

ps=p1+p2=6060.9+7862.4=13923.3N

= fcpsr2=0.45³13923.3³0.039≈188 N⋅m

3.7模温调节系统设计

注射模不仅是塑料熔体的成型设备，而且还是热交换器。模温（模具温度）调节系统直接关系塑件的质量和生产效率，是注塑模设计的核心内容之一。对于大多数较低模温的塑料，仅设置模具冷却系统。对于模温超过80℃的塑料，以及大型模具需要设置加热装置。因ABS要求的模温为40℃～70℃，不超过80℃，故无须设置加热装置。 3.7.1 冷却系统的简略计算

对于大多数中小型注塑模具的水冷却系统，必需计算冷却传热面积，确定冷却水温度和流量。 3.7.1.1 热平衡计算

进行注射过程热平衡计算，就是计算单位时间内熔体固化放出热量等于冷却水所携走的热量

Qin=∆imp=∆inG

式中： Qin---塑料熔体每小时冷却固化所放出的热量（KJ/h）；

n---每小时注射次数；

---每次注射的塑料用量（Kg）；

mp---每小时注射的塑料量（Kg）

∆i---每千克塑料熔体凝固时放出热焓量（KJ/Kg）；

由资料得∆=400 KJ/Kg。

设注射周期为60s，则 n=3600/60=60

Qin=400³60³0.0416≈998.4 KJ²h

-1

冷却水每小时从模具携走热量Qout

Qout=mwCw(tout-tin)

式中 mw---冷却水每小时的用量（kg/h）；

Cw---冷却水的比热容，4.187KJ/Kg²ºC； tout---模具的出水温度ºC； tin---模具的进水温度ºC。

由热平衡条件Qout=Qin可得：

mw=

∆impCw(tout-tin

∆inGCw(tout-tin

))

其中，取tout为28ºC；tin为22ºC；则 mw= 3.7.1.2湍流计算

经计算保证冷却水在水管中处于湍流状态，从而获得冷却水的体积流量V，并确定相应的管径d，由水的密度ρ=1000kg/m3和每小时用水量mw，可换算得冷却水的体积流量 V=

mw60ρ

998.44.187⨯(28-22)

≈39.7 （kg/h）

=0.398⨯10-5

∆inGtout-tin

（m3/min）

=0.398⨯10-5⨯

998.428-22

≈5.1⨯10-3 m3/min

由资料查得：冷却水管的直径为8⨯10-3 m。

则冷却水流速 v=

4V60πd

=0.0202

-3

（m/s）

=0.0202⨯

5.1⨯10

(8⨯10)

-32

≈1.61 m/s 3.7.1.3 冷却面积计算

以冷却水的平均温度tcp=25℃查资料得冷却水物理性质参量的函数A0=7.93。

max sKLVmax ≥Vs

式中 Vs---塑料件所需塑料的体积（包括浇注系统凝料及飞边在内，cm3）；

Vmax---注射机最大注射量（公称容积，cm3）；

KL---注射机最大注射量利用系数，一般取KL=0.8。

塑料的容积与其压缩率有关，故所需塑料的体积为：

Vs =KSV

式中 KS---塑料的压缩率；

---塑料件的体积（包括浇注系统凝料及飞边在内，cm3）。

由资料得 ABS的压缩率KS=1.8～2.0 ，密度为1.0～1.1 g/cm3

⎡⎛8⎫2⎤⎛9.5⎫22

⎪π⨯13-⎢ ⎪π⨯(1.3-0.2)⎥-0.2π⨯0.2-0.3π⨯(1.3-0.4)⎝2⎭⎢⎥⎣⎝2⎭⎦

()

+0.22π⨯0.12+2[(2.1-0.12)tg10︒+1.2] =39.62cm

则 Vs＝2.0³39.62＝79.24 cm3 该注射机的最大注射量为125cm3

则 KLVmax ＝80％³125＝100＞Vs＝79.24 cm3 符合要求。 3.8.2锁模力的校核

注射机锁模力（F锁）的校核关系式应为：

F锁=Pq （n A1+A2）/1000

式中 n---型腔数目；n=1；

Pq---塑料件熔体对型腔的成型压力（MPa）；

A1---单个塑料件在模具分型面上的投影面积（cm2）； A1=7.09³10（cm2）；

232

A2---浇注系统在模具分型面上的投影面积（cm）；A2=0.21³10（cm）。

由资料可知，ABS的熔体压力为30/MPa。

代入数据得：F锁=30³（7.09³103+0.21³103）/1000=219 KN 该注射机型号的锁模力为900 KN＞219 KN

故符合要求。 3.8.3最大注射压力的校核

注射机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时所需的注射压力，即

Pmax≥KP

式中 Pmax---注射机的最大注射压力；

P---塑料件成型时所需的注射压力。ABS取70～90MPa；

K---安全系数，取K=1.3。

代入数据得：KP=1.3³80=104 MP Pmax=119 MP＞104 MP

故符合要求。

3.8.4模具厚度校核

由于注射机可安装模具的厚度有一定限制，所以设计模具的闭合厚度Hm必须在注射机允许安装的最大模具厚度Hmax及最小模具厚度Hmin之间，即

Hmax≤Hm≤Hmin

式中 Hmin------注射机合模部件允许的最小模厚（mm）；

Hmax---注射机允许的最大模厚（mm）。

代入数据得：

Hm=25+40+32+25+32+25+25=204 mm

满足 Hmin=200 mm≤Hm=204 mm≤Hmax=300 mm

故符合要求。

3.8.5开模行程的校核

双分型面注射模

H≥ H1+H2+α+(5～　10)

式中 α---定模板和型腔之间分离距离（mm）；

H---注射机动模板的开模行程（mm）；

H1---塑件顶出距离（mm）；

H2---包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。

代入数据得： H=300 mm＞11+13+25+21+10=80 mm

满足条件。

3.9 模具设计总装图

根据以上的设计和计算，所设计的模具结构如图3.7所示：

模具在开模时，在弹簧34作用下，Ⅰ--Ⅰ面首先分型，以便取出点浇口，当定

本次所选课题为塑料水杯盖注塑模设计，在设计过程中经过翻阅大量的文献资料，对整个注塑模设计过程及注塑工艺分析有了一个比较细致，较为全面的了解，较系统的掌握了注塑模设计的基本思路和方法。

在此塑料模设计过程中，根据塑料件的结构，参阅文献资料，设计出了较为合理的模具结构。

但由于设计经验不足，在设计过程中，对于一些结构设计只有参考书本上的类似结构，不能运用经验去进行变通。在经验性的工艺参数与结构的优化问题上也遇到了不少麻烦，还有许多没有考虑的因素，比如模具成本，应用到实际生产中的可行性等。目前在国内外先进的做法是先利用计算机CAE分析软件进行充型、保压等方面的模拟分析与仿真，使其工艺参数达到定量化的程度，这就摒弃了人为经验设计的模具的不合理性和不可靠性。国内外在这方面的发展空间还很大，随着模具工业的竞争日益激烈，在这方面的理论与技术还急待提高。

通过这次毕业设计，不仅巩固了专业基础理论知识，加深了理解，而且增加了专业知识面的宽度；在设计过程中，很好地锻炼了分析问题与解决问题的能力，获益匪浅。

最后感谢我的指导老师冯威老师，在我做设计的过程中给我的帮助与支持，由衷的感谢！！！

参考文献

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[4]刘品,李哲.机械精度设计与检测技术.哈尔滨工业大学出版社.2006.1

[5]成大先.机械设计手册.化学工业出版社.1993.1

[6]赵昌盛.实用模具材料应用手册.机械工业出版社.20072005.6:92-108

[7]耿铁,李德群,周华民.注塑成型流动模拟技术发展的三个阶段.塑料科技.2002.5:1-3