线轮注塑模具设计说明书 - 图文

成绩

线轮模具设计课程设计说明书

2013～2014学年第2学期

设计题目： 题目类别： 指导教师： 专业班级： 姓 名： 学 号： 日 期：

线轮模具设计 课程设计 2014.06

摘 要

摘要：对线轮进行了工艺分析,并设计了注塑成形模具。尺寸精度等技术要求，选择塑件制件尺寸。本模具采用一模一件，点浇口进料，注射机采用海天160XB型号，设置冷却系统，CAD和UG绘制二维总装图和零件图，选择模具合理的加工方法。设计采用定距拉杆，配合尼龙销（开闭器），实现二次分型,避免了从二个方向抽芯脱模时型芯之间的动作干涉与开模顺序问题。实际生产证明,该模具设计合理、动作可靠。

关键词：线轮/抽芯机构/模具设计/注射模

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Take to

Abstract: the joint of pipe technology is analyzed, and the design of the mold for injection molding. Dimensional accuracy and other technical requirements, selection of plastic parts size. The mold using a one piece molded, point gate feeding, injection machine uses the Haitian 160XB models, cooling system, CAD and UG mapping of2D assembly drawing and parts drawing, mold reasonable processing method. The design adopts the fixed distance pull rod, with nylon pin ( switch ), the realization of two type, avoid from two direction core-pulling when the core action between interference and mold order problem. The production practice shows that, the mold design is reasonable, reliable action.

Key words: pipe joint / core-pulling mechanism in injection mould / mold design

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目 录

摘 要 ......................................................................................................................... 1 第1章 绪论 ............................................................................................................... 5

1.1 塑料简介 .......................................................................................................................... 5

1.2 注塑成型及注塑模 .......................................................................................................... 5

第2章 塑料材料分析 ............................................................................................... 7

2．1 塑料材料的基本特性 .................................................................................................. 7 2．2 塑件材料成型性能 ...................................................................................................... 7 2．3 塑件材料主要用途 ...................................................................................................... 7

第3章 塑件的工艺分析 ........................................................................................... 9

3．1 塑件的结构设计 .......................................................................................................... 9 3．2 塑件尺寸及精度 ........................................................................................................ 10 3．3 塑件的体积和质量 .................................................................................................... 10

第4章 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定 ........................................... 11

4．1、注射成型工艺过程分析 ......................................................................................... 11 4．2 浇口种类的确定 ...................................................................................................... 11 4．3 型腔数目的确定 ........................................................................................................ 11 4．4 注射机的选择和校核 .............................................................................................. 11 4.4.1 校核……………………………………………………………………… 12 4.4.2 工艺参数的校核……………………………………………………… …13

[5]

第5章 注射模具结构设计 ..................................................................................... 15

5．1 分型面的设计 ............................................................................................................ 15

5．2 型腔的布局 ................................................................................................................ 15 5．3 浇注系统的设计 ........................................................................................................ 16 5．3．1 浇注系统组成............................................. 16 5．3．2 确定浇注系统的原则……………… ……… …………………………16 5．3．3 主流道的设计……………… ……… …………………………………16 5．3．4分流道截面形状……………… ……… …………………………………17 5．3．5 浇口的设计 .............................................. 18 5．3．6 冷料穴的设计............................................. 19

5．4 注射模成型零部件的设计 ........................................................................................ 19 5．4．1 成型零部件结构设计 ....................................... 19 5．4．2 成型零部件工作尺寸的计算 ................................. 20

5．5 排气结构设计 ............................................................................................................ 22 5．6 脱模机构的设计 ........................................................................................................ 22 5．6．1 脱模机构的选用原则 ....................................... 22 5．6．2 脱模机构类型的选择 ....................................... 22 5．6．3 推杆机构具体设计 ......................................... 22

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5．7 注射模温度调节系统 ................................................................................................ 23 5．7．1 温度调节对塑件质量的影响 .................................. 23 5. 7. 2 冷却系统之设计规则……………… ……… ……………………………23

5．8 模架及标准件的选用 .................................................................................................. 24 5. 8. 1 模架的选用 ................................................ 24 5. 9侧向抽芯机构类型选择……………… ……… ……………………………………25

5. 9. 1斜导柱抽芯机构……………… ……… …………………………………26

5. 10 两分型面的开模顺序与控制机构……………… ……… ………………………29

第6章 模具材料的选用 ......................................................................................... 30

6．1 成型零件材料选用 .................................................................................................... 30

6．2 注射模用钢种 ............................................................................................................ 30

总结 ............................................................................................................................. 31 参考文献 ..................................................................................................................... 32

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第1章 绪论

模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。

1.1 塑料简介

塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流

动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。

[1]

1.2 注塑成型及注塑模

将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，

压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。

要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。

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注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。

注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。 注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成[2] 。

注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。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，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。

注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。

塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。

传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。

目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。其中MOLDFLOW软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型过程控制专家，简称MPX）。

采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义[3]。

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第2章 塑料材料分析

2．1 塑料材料的基本特性

ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。

ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.02--1.05gcm3。既有较好的抗冲击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、酸类对ABS几乎没有影响， 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，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂， ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，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ABS易变硬发脆。 ABS的性能指标：

密度 1.02——1.05（Kg?dm?3），收缩率 0.3~0.8%，熔点130~160?C，弯曲强度80Mpa，拉伸强度35~49Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa，弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度18~39Mpa，缺口冲击强度11~20kJm2，硬度62~86HRR，体积电阻系数1013?cm，收缩率0.400~0.800 范围内。ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。

2．2 塑件材料成型性能

ABS易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。因此，成型加工前应进行干燥处理；ABS在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用侧浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小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及小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~600C，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60~800C。ABS比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。

2．3 塑件材料主要用途

ABS在机械工业上用来制造复印机、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、

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扶手、热空气调节导管等，还可用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器，农药喷雾器及家具等。

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第3章 塑件的工艺分析

在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。

线轮如图所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求一般。

图3-1 3D视图

3．1 塑件的结构设计

（1）、脱模斜度

由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5?，根据文献[1]，塑件材料的型腔脱模斜度为0.35/～1?30/，型芯脱模斜度为30/～1?。

（2）、塑件的壁厚

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塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～3mm，最常用的数值为2～3mm。该线轮壁厚均匀，因线轮要在工作时受到极大的压力.所以产品取周边和底部壁厚均为3mm左右。（其他地方可修改） （3）、塑件的圆角

为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5～1mm的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。

该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角为2mm。

3．2 塑件尺寸及精度

塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为ABS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。

塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献[2]表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。根

据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注采用MT5级精度。

3．3 塑件的体积和质量

本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在UG软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的质量（ABS的密度为1.05g/cm3），即可以得出该塑件制品的体积为192cm3，质量为201.6g。

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第4章 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定

4．1、注射成型工艺过程分析[5]

根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：

第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。 （1）、成型前对原材料的预处理

根据注射成型对物料的要求，检验物料的含水量，外观色泽，颗粒情况并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标，对原材料进行适当的预热干燥，PP材料吸水率极低，成型前一般不必进行干燥处理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。 （2）、料筒的清洗

在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。

柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。 （3）、脱模剂的选用

脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对PP材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。

4．2 浇口种类的确定

注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。

由于本设计中线轮外表面质量要求一般，顶面没有外观要求所以选用点浇口。点浇口直接在端面处进。

点浇口主流道需要设置钩针，分流道与产品相连，顶出产品包含流道连接在一起。

4．3 型腔数目的确定

因为本设计中采用点浇口，塑件的尺寸较小，但需要做哈弗结构.为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模二腔，进行加工生产。

4．4 注射机的选择和校核

由于采用一模一腔，需要至少注射量为201.6g，流道水口废料9.2g，总注塑量达到210.8g，再根据工艺参数（主要是注射压力），综合考虑各种因素，

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表4-1 注射机主要技术参数

项目 理论注射容积/cm 螺杆直径/mm 注射压力/MPa 锁模力/KN 拉杆内间距/mm 移模行程/mm 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 喷嘴球半径/mm

3

参数 500 60 140 2000 435 X 435 380 450 200 SR20

4.4.1 校核

1）按最大注射量校核，即

n?0.8Vg?Vj0.8?500?115.2??1.48?1 Vs192公式中，n为型腔数；

Vg为注射机的最大注射量； Vg、Vj同上公式中注释。

根据计算结构可以看出，符合要求。 2）按额定锁模力校核，即

n?F?pmAjpmAs?2000?(0.4?140)?(0.35?1.34)?2.63?1(140?0.4)?1.34

其中公式中：F为注射机的额定锁模力；

30%~65%,这里取40%。

pm为塑料熔体对型腔的平均压力（MPa），一般为注射压力

Aj为浇注系统在制品分型面上的投影面积，一般取

As为单个制品在分型面上的投影面积，这里AsAj=0.35As；

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As???D42?d2????13242?202???4?17024?13363.84mm3

4.4.2 工艺参数的校核

1. 注射量校核

实际注射量与模具型腔和流道最大容积比较，即 实际注射量V'：V'?Vs?Vj?192+115.2=307.2cm3 模具型腔和流道最大容积Vmax：

Vmax??V?0.85?500?425cm3

公式中，?为注射系数，数值取0.75～0.85，结晶形塑料可取0.75，无定形

塑料可取0.85，该塑件取0.85。

V为指定规格与型号注射机的注射量容积，该设计中注射机的注射

量为500cm3。

由计算结果看出，V'

注射机压力要大于塑件成型所需要的压力。如表4—2所示，查得塑件材料ABS的注射压力为70~90MPa。

表4-2 ABS的注塑参数 料 筒 温 度/oc

密 度 /g.cm

3

模具

温度/oc

注射压力/MPa

注射时间

成型时间/s 保压时间 15～30

冷却时间 15～30

成型时间 40～70

塑料

注射成型机类型

后段

中段

前段

ABS

螺杆式

1040

180～200

210～230

200～210

50～70

70～90

3～30

所选择的压力机的最大注射压力为Pmax=140MPa。经过比较，显然比ABS的注射压力大，故满足要求。 3. 锁模力的校核

因为当高压的塑料熔体充填模腔内时会沿锁模方向产生一个很大的胀形力，所以模具的锁模力必须要比型腔内压力大。型腔压力去30MPa，锁模力外F，即

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F?kP1?30?（1?1.34+0.35?1.34）=59.70KNm(nAs?Aj)?1.公式中，F为注射机额定锁模力KN； k为安全系数，取1.1；

Pm塑料熔体在模具腔体的平均压力；

所选注射机的锁模力为2000KN远大于F，故符合要求。

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第5章 注射模具结构设计

5．1 分型面的设计

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。

选择分型面时，应从以下几个方面考虑： 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2）使塑件在开模后留在动模上； 3）分型面的痕迹不影响塑件的外观； 4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 6）使塑件易于脱模。

综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，

图5-1 分型面的选择

5．2 型腔的布局

型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,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的分得所需的压力,以保证塑料熔体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的距离尽可能短，同时采用平衡流道。型腔布局由图所示。由于本设计中塑件是上下两部分配合装配使用，需要相同的注射工艺参数，以达到高的成功率，模具采用

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点浇口，并采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量。

图5-2 型腔布局方式

5．3 浇注系统的设计

浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通点浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。 5．3．1 浇注系统组成

普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。

1－主浇道 2－第一分浇道 3－第二分浇道 4－第三分浇道 5－浇口 6－型腔 7－冷料穴

5．3．2 确定浇注系统的原则

在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：

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模二腔或一模多腔，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，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施[6]。 5．3．3 主流道的设计

流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。

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（1）、主流道

图5-3 浇注系统与定位环、浇口套 （2）、主流道衬套的形式

选用如图所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。将主流道衬套和定位球设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套与定模板的配合采用H7/m6。

图5-4 主流道衬套及其固定形式

5．3．4分流道截面形状

分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，因为难加工、热量损失大等各种原因，在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。常用的几种流道效率如图5-5所示：

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图5-5 流道截面形状

本设计选用梯形的分流道截面。如图5-6所示；

图5-6 截面

(2-3) 因为梯形断面的这种分流道易于机械加工，且热量损失和阻力损失均不大，故它也是一种常用的形式。其断面尺寸比例为；H=2/3W，X=3/4W或将斜边与分模线的垂线呈5°~10°的斜角。

分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及长度确定。对于重量在200g以下，壁厚在3mm以下的塑件可用下面经验公式计算分流道的直径，即: D?0.2654=0.2654195.84430?8.6mm G4L公式中：D为分流道的直径，mm；

G为塑件的质量，g；m??V?1.02?192?195.84g

L为分流道的长度，mm；分流道长度是主流道大端直径的1~2.5倍，这里取2.5倍，即L?2.5?12?30mm。另外，分流道的表面粗糙度Ra一般去1.6μm就行，表面不必要求非常的光滑。 5．3．5 浇口的设计

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浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。 浇口的位置选择原则：

浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：

1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短；

2)每一股分流都能大致同时到达其最远端； 3)应先从壁厚较厚的部位进料； 4)考虑各股分流的转向越小越好。 2. 有效地排出型腔内的气体。

根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果，采用侧浇口。 5．3．6 冷料穴的设计

主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为5mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的z形式有多种，这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。如上图（8）所示。

5．4 注射模成型零部件的设计[7]

模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。

成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。

5．4．1 成型零部件结构设计

成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。 1）、凹模的设计

凹模也称为型腔，是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、

镶拼组合式和瓣合式四种类型。

本设计中采用整体式凹模，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，

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成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难，要用到数控加工或电火花加工。

图5-7 型腔3D图

2）、凸模的设计

本设计中零件结构较为简单，深度不大，但经过对塑件实体的仔细观察研究发现，塑件采用的是整体式型芯。这样的型芯加工方便，便于模具的维护，

型芯与动模板的配合可采用H7/P6。

图5-8 型芯3D图

5．4．2 成型零部件工作尺寸的计算

所用的材料ABS，收缩率S=0.4%~0.7% ,则

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S?0.4%?0.7%?0.55%

2?型腔径向尺寸计算公式：

??LM?[(1?s)LS?(0.75)?]0

型芯径向尺寸计算公式：

lm?[(1?s)ls?(0.75)?]0???

型腔深度尺寸计算公式:

2??H?[(1?s)?H0??]03

?型芯高度尺寸计算公式:

h?[(1?s)?h0??20?]??3

公式中，LM——型腔径向尺寸；

lm——型芯径向尺寸；

s——平均收缩率； ls,Ls——塑件的基本尺寸；

?——塑件的公差值；

?——模具成形零件的制造公差； H——型腔深度最小基本尺寸；

H0——塑件的最大基本尺寸； h——型芯高度的最大尺寸

h0——塑件内形深度最小尺寸

根据以上公式，代入塑件的尺寸：

?0.03?0.03?0.03 (LM1)o?[(1?0.0055)?130?0.75?0.1]0?130.640?0.03?0.03?0.03(LM2)o?[(1?0.0055)?60?0.75?0.1]0?60.260 0(lm1)01?0.0055)?54?0.75?0.3]0?0.1?[(?0.1?54.52?0.1

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0(lm2)01?0.0055)?20?0.75?0.3]0?0.1?[(?0.1?20.34?0.1

2?0.17?0.17?0.17H0?[(1?0.0055)?110??0.1]0?110.540

3200h??[(1?0.0055)?90??0.3]00.1?0.1?90.70?0.1

3 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8级作为模具制造公差。在此取IT8级，型芯工作尺寸公差取IT7级。模具型腔的小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；模具型芯的最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，中心距偏差为双向对称分布。

5．5 排气结构设计

排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热使塑料烧焦，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气系统要求就更为严格。

在塑料熔体充模过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分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，塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气，在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。

由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜，其值与塑料熔体的粘度有关。

5．6 脱模机构的设计

塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。 5．6．1 脱模机构的选用原则

（1） 使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，

但不能形成永久变形）；

（2） 推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；

（3） 推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂； （4） 推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形； （5） 推杆位置痕迹须不影响塑件外观； 5．6．2 脱模机构类型的选择

推出机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和多元件综合推出机构等。

本设计中采用推杆推出机构使塑料制件顺利脱模。 5．6．3 推杆机构具体设计 （1）、推杆布置

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该塑件采用了8支2mm的双节的直推杆和4支1.5MM双节直推杆，这些推杆均匀的分布在产品边缘和顶面处，使制品所受的推出力均衡。 （2）、推杆的设计

本设计中采用台肩形式的圆形截面推杆，设计时推杆的直径根据不同的设置部位选用不同的直径。推杆端平面不应有轴向窜动。推杆与推杆孔配合一般为H8/f8或H9/f9，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，ABS塑料的溢料间隙为0.02~0.04mm。

5．7 注射模温度调节系统

在注射模中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为200?C左右，熔体固化成为塑件后，从60?C左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般小于80?C）的塑料，如本设计中的聚丙烯PP，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。

模具的冷却主要采用循环水冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。

5．7．1 温度调节对塑件质量的影响

注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响，对于任一个塑料制品，模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，使其难于充模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。

图5-9 模具冷却水路图

5.7.2 冷却系统之设计规则

设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔道应使用标准尺寸，以方便加工与组装。设计冷却系统时，模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数： 冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质。

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(1) 冷却管路的位置与尺寸

塑件壁厚应该尽可能维持均匀。冷却孔道最好设置是在凸模块与凹模块内，设在模块以外的冷却孔道比较不易精确地冷却模具。

通常，钢模的冷却孔道与模具表面、模穴或模心的距离应维持为冷却孔道直径的1~2倍，冷却孔道之间的间距应维持3~5倍直径。冷却孔道直径通常为6~12 mm（7/16~9/16英吋），在此取8mm。

5．8 模架及标准件的选用

5.8.1 模架的选用

1、确定模具的基本类型

注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型结构如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。 2、模架的选择

根据对塑件的综合分析，确定该模具是两个分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可选择FCI型的模架，其基本结构如下：

图5-10

FCI型模具定模采用两块模板，动模采用一块模板，又叫三板模，细水口模架，适合点浇口，细水口转大水口式浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。

由分型面分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套选择选正装。

根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸 经过计算可以知道该模具是一模二腔的模具，而型腔之间的距离在20-30mm之间 把型腔排列成一模一腔可侧得长为210mm，宽为100mm，

模架的长L=210+复位杆的直径+螺钉的直径+型腔壁厚?350mm 模架的宽W=100+复位杆的直径+型腔壁厚?300mm

根据内模仁的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其他螺丝导柱等零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。在此设计中，由于有斜导柱侧抽芯

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机构，还需要考虑侧抽芯对模具设计中模架外形尺寸的影响。

所以就取B?L=650X650的模架，塑件的厚度为45mm，塑件的全部胶位都留在定模部分，该模具型腔结构简单，型芯、型腔的固定是固定总高度的加30-50mm，B板的厚度取180mm，满足强度要求，A板为200mm，C板为220mm（C的选择应考虑推出机构的推出距离是否满足推出的高度）。

5.9侧向抽芯机构类型选择

一般指的模具的行位机构，即凡是能够获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动作来拖出产品倒扣，低陷等位置的机构。

下图列出模具的常用行位结构。

1.从作用位置分为下模行位、上模行位、斜行位（斜顶）

2.从动力来分，为机动侧向行位机构和液压（气压）侧向行位机构

图5-11

斜导柱侧向抽芯机构设计计算

利用成型的开模动作用，使斜撑梢与滑块产生相对运动趋势，使滑块沿开模方向及水平方向的两种运动形式，使之脱离倒勾。如图所示：

1、侧向分型与抽芯机构的类型 （1）手动抽芯 （2）液压或气动抽芯

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（3）机动抽芯 2、抽心距：S=H+(3-5)

其中,S为抽芯机构需要行走的总距离，

H为通过测量出来的产品抽芯距离（可以通过3D或2D进行实际测量） 3-5MM为产品抽芯后的安全距离

本设计中，抽芯距离较大小，需抽芯25-30mm。

3、抽芯力：

将塑料制品从包紧的侧型芯上脱出时所需克服的阻力称为抽芯力。 抽芯力F=PA(f *cosα+sinα)

p---塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力，通常取8~12Mpa; A---塑料制品包紧型芯的侧面积，

f---磨擦系数，取0.1~0.2 α---脱模斜度，一般就是几度而已。 F---单位为N

5.9.1斜导柱抽芯机构

（1）斜导柱抽芯机构的结构及其设计 1）斜导柱的设计 A. 斜导柱的结构设计

a、斜导柱的形状，在此套模具中，我们采用标准的斜导柱形式，含有胚头示。

可以直接购买标准件。

b、斜导柱的材料：45钢、T8、T10或者20钢经渗碳处理，淬火硬度在55HRC以上，表面粗糙度为Ra0.8μm～Ra1.6μm。 c、斜导柱与其固定的模板之间采用过渡配合H7/m6。

d、 斜导柱倾斜角的确定：通常α取15°～20°，一般不大于25° B.滑块的设计

滑块设计的要点在于滑块与侧向型芯连接以及注射成型时制品尺寸的准确性和移动的可靠性，滑块分为整体式和组合式两种。

滑块材料常用45钢或T8、T10等制造，要求硬度在HRC40以上。 C.导滑槽设计

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a.导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合，一般采用H8/f8。

b.滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的1.5倍，而保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度的2/3，

c.导滑槽材料通常用45钢制造，调质至HRC 28～HRC32，

D.滑块定位装置设计，由于我们采用的是后模行位的形式，根据生产的实际情况，采用行位压板的方式，主要作用为固定与导向作用。 E.楔紧块设计

楔紧角β应比斜导柱的倾斜角α大2°～3°。 2）斜导柱抽芯机构的结构形式

斜导柱和滑块在模具上因安装位置不同，组成了抽芯机构的不同结构形式。 A.斜导柱在定模上、滑块在动模上的结构

a、设计时必须注意，滑块与推杆在合模复位过程中不能发生“干涉”现象。所谓干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动侧向型芯与推杆相碰撞，造成活动侧向型芯或推杆损坏。

b、如果发生干涉，常用的先复位附加装置有弹簧先复位、楔形滑块先复位、摆杆先复位等多种形式。

B.斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构 C.斜导柱和滑块同在定模上 D.斜导柱和滑块同在动模上 5.9.2斜滑块抽芯机构

斜滑块侧向抽芯的特点是利用推出机构的推力驱动斜滑块斜向运动，在制品被推出脱模的同时由斜滑块完成侧向抽芯动作。一般分为外侧抽芯和内侧抽芯两种。

1、斜滑块抽芯机构适用于制品具有侧孔或较浅侧凹，成型面积较大的场合。 2、特点：在制品被推出脱模的同时由斜滑块完成侧向抽芯动作。 3、斜滑块的导滑形式 4、倾斜角通常不超过30°。

5、进行斜滑块抽芯机构设计时，若定模一侧有成型型芯，则需设置销钉锁紧或

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压紧的止动装置，保证制品与定模型芯分离而留在动模一侧。

图5-12

图中：

β = α +2 °～ 3 ° ( 防止合模产生干涉以及开模减少磨擦 ) α ≦ 30 ° ( α为斜撑销倾斜角度，本设计中采用20°) L=1.5D (L 为配合长度 )

S=T+5 ～ 10mm(S 为滑块需要水平运动距离； T 为成品倒勾 ) =20+8=28MM

产品的底部跟随后模一起运动，所以不计算在倒扣距离之内

S=(L1xsina- δ )/cos α ( δ为斜撑梢与滑块间的间隙, 一般为 0.5MM ；

L1 为斜撑梢在滑块内的垂直距离 )

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5.10 两分型面的开模顺序与控制机构

图5-13 控制开模顺序机构图

注射机在进行开模工作时，尼龙销（21开闭器）将定模板与动模板暂锁在一起..使水口脱板（16）与定模板分离，当水口板和顶板一起与定模板分离到小拉杆（22）的行程限位处的时候.定模板受到了向前拉大于尼龙销与定模板的阻力.就与动模板分离.从而完成两个开模过程

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第6章 模具材料的选用

正确选用模具各部分零件的材料，是注射模具设计过程中的一项重要工作，它直接影响模具的使用寿命，加工成本以及制品的成型质量。选择模具材料时，需要根据模具工作条件，从使用性能和加工性能两方面对材料提高要求。

6．1 成型零件材料选用

成型零件材料选用的要求如下： （1）、机械加工性能良好 （2）、抛光性能良好

注射成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，Ra?0.05?m，要求钢材硬度35～40HRC为宜，过硬表面会使抛光困难。 （3）、耐磨性和抗疲劳性能好 （4）、具有耐腐蚀性能

6．2 注射模用钢种

热塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供应，本设计中，采用718H的预硬模具钢，这个不做钢材的分析与选择，只对718H钢材进行分析。

型芯和型腔由于采用了该预硬型塑料模具钢，且线轮为廉价大量产品，表面有一定光洁度要求，所以模仁料无需淬火,需要长寿命，选择718H，预硬型抛光塑料模具钢，预硬硬度达到48-52HRC

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总结

本次塑料模具设计，全面考虑了塑料成型性能，模具结构特点，注射工艺参数，塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理论分析和数据计算生产操作上论证该设计是合理可行的。并且，通过这次设计，我了解了注射模设计概况，熟悉了注射设备，基本掌握了注射成型的一般原理。

在设计和三维建模过程中也遇到了一些问题，通过对问题的探索与分析，最后得到圆满解决，更另深刻的知道了模具设计各个阶段的重要性和严谨性，达到了毕业设计的目的。 伴随经济建设，特别是汽车、机械、电子、日用制造等行业的飞速发展，对模具设计与制造的人才的需求与日俱增，模具设计制造，特别是注射模具的设计与制造将更为受到重视，并将会广泛应用到各个领域中，飞速发展。

相信这次设计中获得的经验及处理问题的能力将会对今后的学习和工作有所启示和帮助。

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参考文献

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5．黄锐主编 塑料成型工艺学 第二版 中国轻工业出版社 1997年5月第2版 6．塑料模设计手册（软件版） 机械工业出版社

7．王文广 田宝善 田雁晨 主编 塑料注射模具设计技巧与实例 化学工业出版社2004年1月第1版

8．田春年主编 塑料注射成型模具结构设计图册 北京 轻工业出版社 1998

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ags7.html