牙签合盖模具设计说明书

目 录

前言 ................................................................................................................................................................... 1 摘要 ................................................................................................................................................................... 2 1概述 ................................................................................................................................................................ 4

1.1 塑料模具简介 ................................................................................................................................... 4 1.2 我国塑料模具工业发展现状 ........................................................................................................... 5 1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 ........................................................................... 6

1.3.1 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例 ....................................... 6 1.3.2 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术 ................................... 6 1.3.3 开发新的塑料成型工艺和快速经济模具,以适应多品种、少批量的生产方式.............. 6 1.3.4 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率 ....................................................................... 6 2 注塑模的可行性分析 ........................................................................................................................... 6 2.1 制品分析 ........................................................................................................................................... 6 2.2 材料选择 ........................................................................................................................................... 6 2.3 质量计算与分析 ............................................................................................................................... 7 2.4 确定成型方法 ................................................................................................................................... 9 2.5 拟定制品成型工艺参数 ................................................................................................................... 9 3 拟定模具结构方案 ..................................................................................................................................... 10

3.1 选择制品的分型面 ......................................................................................................................... 10 3.2 型腔数目的确定 ............................................................................................................................. 10 3.3 型腔的布置 ..................................................................................................................................... 12 3.4 注射机的选取 ................................................................................................................................. 12 3.5 浇注系统的设计 ............................................................................................................................. 14

3.5.1 主流道的设计 ..................................................................................................................... 14 3.5.2 冷料穴的设计 ..................................................................................................................... 15 3.5.3 分流道的设计 ..................................................................................................................... 16 3.5.4 浇口的设计 ......................................................................................................................... 17 3.6 排气和引气系统的设计 ................................................................................................................. 20 3.7 脱模机构的设计 ............................................................................................................................. 20 3.8 分型与抽芯机构 ............................................................................................................................. 24

3.8.1 侧向抽芯机构的分类及特点 ............................................................................................. 24 3.8.2 抽拔力和抽芯距的计算 ..................................................................................................... 24 3.8.3 斜导柱侧抽芯机构 ............................................................................................................. 25 3.8.4 干涉现象及先复位机构 ..................................................................................................... 25 3.8.5 斜导柱抽芯机构设计要点 ................................................ 26 3.8.6 弯销侧抽芯机构 ................................................................................................................. 28 3.8.7 斜导槽侧抽芯机构 ............................................................................................................. 29 3.8.8 斜滑块侧抽芯机构 ............................................................................................................. 29 3.9 注射模温度调节系统设计 ............................................................................................................. 30

3.9.1冷却系统设计 ...................................................................................................................... 30

４ 模体（模架）设计 ................................................................................................................................... 36

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4.1 模体概述 ................................................................................................................................................. 36 4.2 模架的确定 ..................................................................................................................................... 36

4.2.1 模架基本尺寸的确定 ......................................................................................................... 36 4.2.2 各模板尺寸的确定 ............................................................................................................. 37 4.3 排气槽的设计 ................................................................................................................................. 38 4.4 脱模推出机构的设计 ..................................................................................................................... 38 4.5 螺纹的布置及脱出 ......................................................................................................................... 39

4.5.1 螺纹形状 ............................................................................................................................. 39 4.5.2 螺纹的脱出 ......................................................................................................................... 39 4.6 成型零件工作尺寸计算 ................................................................................................................. 39

4.6.1 型腔径向尺寸 ..................................................................................................................... 40 4.6.2 型腔深度尺寸 ..................................................................................................................... 42 4.6.3 型芯径向尺寸 ..................................................................................................................... 42 4.6.4 型芯高度尺寸 ..................................................................................................................... 43 4.6.5 螺纹型芯尺寸 ..................................................................................................................... 43

心得体会 ......................................................................................................................................................... 44 参考文献 ......................................................................................................................................................... 45 致谢词 ............................................................................................................................................................. 46

前 言

模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”而塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀，发展极为迅速。目前我国塑料模具市场中，国外模具约占30%，其中大型、精密、复杂、长寿命模具约占45%左右。被国外称为\金钥匙\、\进入富有社会的原动力\的模具，由于经济发展较快时期产品畅销，自然要求模具能跟上，而经济发展滞缓时期，产品不畅销，企业必然想方设法开发新产品，这同样会给模具带来强劲的需求，因此模具工业被称为\不衰亡工业\，模具市场发展走势总体将是平稳向上

同时塑料制品的应用日渐广泛，为塑料模具提供了一个广阔的市场，同时对模具也提出了更高的要求。大型化、高精密度、多功能复合型的模具将会受到欢迎。在各种塑料模具中，注塑模具的需求量最大。专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。

本设计就是塑料模具中的注射模具，全书分为四章。第一章主要讲述我国塑料模具的现状和发展形式以及塑料模具设计的一般步骤；第二章对塑料制品进行可行性分析；第三章对模具进行结构及方案进行设计并计算出各零件；第四章是在前面基础上对模具相应的设计选定具体模架并设计出各个系统。

毕业设计在张文玉老师的指导下完成，我从模糊的状态到顺利完成设计，张老师给了我许多的帮助，同时也离不开同学们对我的建议和帮助，在此表示我衷心的感谢。本次设计让我对塑料模具有了更多的认识，特别对一些标注和国家标准有了更深层次的认识和理解，并且通过此次设计，使我的AutoCAD、Pro/e等软件能更好的掌握，这对我以学习和工作都是有极大的帮助，很高兴在大学即将毕业的时候能有一个这样好的学习机会。

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本设计由于本人水平限制，设计中难免存在不完善的地方，请老师指正。

牙签盖的注射模设计

机械设计制造及其自动化 作者：唐勇 指导老师：张文玉

摘要 塑料模具是当今塑料工业生产中利用特定形状，通过一定的方式来成型塑料制品的一种工艺装备。模具设计与制造技术，特别是设计与制造大型、精密、长寿命模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。

本次设计的是牙签盖的注塑模具。属于日常生活用品，所用材料是当前应用较为广泛的热塑性塑料ABS。它的生产批量为大批量生产，该产品有如下特点：（1）内部结构比较简单，但需要侧抽芯；（2）表面比较光滑，表面粗糙度小，对模具型腔与型芯的精度要求较高。本次设计使用了当前比较流行的制图软件AutoCAD及模具设计软件Pro/E。

此次设计的过程中查阅了大量的模具设计资料，通过牙签盖模具的设计与应用，同原有的设计方法相比，模具的应用提升了产品的质量，模具整体设计的思路和要求符合现代设计潮流和未来的发展方向。 关键词 塑料；模具；塑料盖；AutoCAD；Pro/E。

Design ofInjection Mold for the Cover of

the Toothpick Box

Machine Design & Manufacturing and Automates

Abstract The plastical mold is a kind of craft equipment in the plastic industrial production which uses the specific shape and through certain way to shape plastic products. The mold technology, specially, the one of designing and manufacturing the large-scale, precise and long-life mold has become an important symbol

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of the level of a national mechanical design and manufacture.

This design is a plastic mold. This product is a kind of daily-life thing and its material is thermoplastic ABS. ABS is a kind of material which is current used quite widespread. This production has the following characteristics: (1) the internal structure are complex;but the workpiece need a core to pump a side. (2) the surface of the product is smooth, so the surface roughness is small; This design has used current quite popular charting software AutoCADand mold design software Pro/E.

I have consulted massive materials of the plastic mold design and manufacture in this design process .Through the design and application of the cover ,the processing technology ，compared with previous technology ,which increase the quality of the product. The overall design mentality and request conform to the modern design tidal and development direction of the future. Key words Plastics; mold; The plastical cover AutoCAD；Pro/E.

1概述

1.1 塑料模具简介

模具行业是制造业重要的组成部分，也是国民经济的基础工业受到政府和企业界的高度重视，具有广阔的前景。塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状，通过一定的方式来成型塑料制品的工艺装备或工具，它属于型腔模的范畴。按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般将模具分为塑料模具，金属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因人们日常生活所用的制品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，所以模具制造业已成为一个大行业。在高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,是当代高分子材料加工领域中的重大课题。通常情况下，塑料制品质量的优劣及生产效率的高低，其模具的因素约占80%。然而模具的质量好坏又直接与模具的设计与制造有很大关系。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求越来越大、产品更新愈来愈短、用户对塑件的要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，这就促使塑料模具设计一与制造技术不断向前发展，从而推动了塑料工业以及机械加工工业的高速发展。

模具的设计是模具制造过程中的关键部分，通过合理的设计制造出来的模具不仅能顺利地成型高质量的塑件，还能简化模具加工过程和实施塑件的高效率生产，从而达到降低生产成本和提高附加价

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值的目的。

1.2 我国塑料模具工业发展现状

80年代以来，在国家产业政策与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业

发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

我国塑料模具工业起步到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大的提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星模具I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较袄的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02-0.05mm，表面粗糙度Ra0.2,模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10-30万次，淬火钢模大50-100万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有差距，具体数据见表。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50～80%相比,差距较大。 在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的UGⅡ、美国Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来,我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展,主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点,为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。近年来,国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢,如:P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响,但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达

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裂现象消失。

②浇口应开设在塑件断面最厚处

当塑件壁厚上相差较大时，在避免喷射的前提下，为保证最终压力有效地传递到塑件较厚的部位

以减少缩孔，一般塑件上的浇口位置应设在塑件的最厚处，这样又利于塑料填充及补料，如果塑件上没有加强筋，则可利用加强筋，以改善流动条件。

③浇口位置的选择应使塑料流程最短，料流变向最少

在保证塑料填充练好的前提下，应使塑料的流程最短，料流变向最少，以减少流动能量的损失。 ④浇口位置的选择应减少或避免塑件到熔接痕，增加熔接牢度

在塑件流程不太长的时候，如无特殊需要，最好不要开设一个以上的浇口，否则将会增加熔接痕的数量，但对面积较大又浅的壳体塑件应兼顾内应力和翘曲变形问题，可采用多点进料。同理，环形浇口五熔接痕，而轮辐式浇口则有。为了增加熔接的牢度，可在熔接痕处外开一冷料槽，使前锋溢出。

所设计的制品要求不是很高，根据以上浇口的特点及浇口位置选择的基本原则，选用侧浇口，模具采用两板式，从而简化了模具的结构。如下图：

侧浇口

图 3－7 侧浇口 3.6 排气和引气系统的设计 ⑴排气系统

模具型腔在塑料的填充过程中，除了型腔内原有的空气外，还有因塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其三在高速注射成型时，考虑排气是很必要的。一般在塑料填充的同时，必须将气体排出模外。否则，被压缩的气体所产生的高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至阻碍塑料填充等。为了使这些气体能从型腔中及时排出，可以采用排气槽等方法。

排气槽的开设位置，通常是通过试模后才能正确地确定：

①排气槽应开设在型腔最后被充满的地方，而塑料在型腔内填充的情况与浇口开设有关，因此在确定浇口位置时，同时要考虑到排气槽的开设是否方便。

②在大多数情况下可利用模具分型面或模具零件间的配合间隙排气，这时可不设排气槽。 ③排气槽最好开在分型面上，因为分型面上排气槽产生的毛边很容易随塑件脱出。

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④排气槽最好开在靠近嵌件或壁厚最薄处，因为此处最容易形成熔接痕，熔接痕处应排尽由于所设计的模具是两板式的，塑件比较小，注射时间比较短，采用的是侧浇口，在填充过程中，

气体和排出部分冷料。

熔体是从中间向四周进行流动，而设计的组合式型腔的间隙比较多，这样在排气方面比较方便，再加上分型面的配合间隙，故所设计的模具不需开设排气槽就可排气而不会造成憋气现象。

⑵引气系统

对于一些大型、深腔、壳形塑件，注射成型后，整个型腔有塑料填满，型腔内气体被排出，当塑件脱模时，塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，由于受到大气压力的作用，造成脱模困难，如采取强行脱模，势必使塑件产生变形或损坏，影响塑件的质量，因而必须加设引气装置。

本设计属于中小型模具，型腔比较浅，脱模力不是很大，所以不需要加设引气装置。 3.7 脱模机构的设计

在塑料成型模具中，完成将塑件从模具型腔或型芯上完整地取出装置称为顶出机构，或脱模机构。

脱模机构一般由顶出、复位、和顶出导向等三大零部件组成。 ⑴顶出部件

顶出部件是指顶出机构中推出塑件的部件，主要有顶杆、脱模板（推件板）等。 本设计中的零件比较小，脱模力不是很大，可采取顶杆推出，而不需要脱模板。 ⑵复位部件

复位部件是使完成顶出任务的顶出零件回复到注射时所需要的位置。模具中主要是依靠复位杆进行复位。

⑶导向部件

导向部件的作用是使顶出过程平稳，顶出零件不至于弯曲和卡死。导向部件由导柱和导套组成。 脱模机构的分类：

脱模机构可以按动力来源分类，也可以按模具机构分类。 按动力来源分类

动力来源是指将塑件顶出的动力。常见的有： 1）手动脱模

手动顶出是指当模具分型后，人工操纵顶出机构，定出塑件。其优点是模具结构简单，成型周期短，且顶出时动作平稳，塑件不易变形，但是顶出力受操纵者体力限制，劳动强度大，生产效率低，因此多用于注射机无顶出装置的定模一方，或小塑件的小批量生产。 2)机动脱模

机动脱模时靠注射机的开模动作顶出塑件，有两种形式：一种形式通常利用固定于注射机架上的顶杆，开模时，注射机移动模板带动模具动模部分后退，定出杆穿过移动模板上的孔而顶住模具顶出杆板，使其不再随动模后退，移动模板继续后退，模具顶出机构将塑件顶出，机械杆的长度可根据模具的顶出距离、厚薄通过螺杆（套）进行调节。此形式的特点是：顶出在开模过程中进

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行，模具内顶板的复位在合模时进行，另一种形式是在注射机上不装顶杆，将模具一片中顶出机构用定距拉杆或链条与另一片相连，当分模到一定距离时，拉杆或链条拖动顶出机构顶出塑件，常用于定模顶出制品或需降低模具闭合高度的情况。 3）液压脱模

注射机上设有专用的顶出油缸，当开模到一定距离后，活塞动作，推动顶出机构顶出制品。 4）气动脱模

利用压缩空气，通过模具上设置的气道和微小的顶出气孔，直接吹出塑件。制品不留顶出痕迹。 按模具机构分类：

由于塑件的材料、形状和技术要求不同，定出机构可分为一次顶出机构、定模顶出机构、二次顶

出机构、浇注系统定出机构和带螺纹制品顶出机构等。

按模具中推出零件分类

1）推杆式脱模：应用广泛，常用圆形截面推杆。 2）推管式脱模：适用于薄壁圆筒形零件。

3）脱模板式：适用于薄壁容器、壳体以及存在推出痕迹的塑件。 4）推块式脱模：适用于齿轮类或一些带有凸缘的制品，可防止塑件变形。

5）利用成型零件推出制品的脱模：适用于 螺纹型环一类的制品，利用模具中某些成型零件推出塑件。

6）多元联合式脱模：对于某些深腔壳体、薄壁制品以及带有环状凸起、凸肋或金属嵌件的复杂制品，为防止其出现缺陷，常采用两种或两种以上的推出机构联合动作以完成脱模过程。

脱模机构的设计原则： ⑴尽量设法使塑件留于动模

模具结构设计应尽量设法使塑件在开模过程中留在动模上，以便利用注射机上的顶杆或液压活塞顶出制品。

⑵确保塑件不变形不损坏完整脱出

要保证塑件在顶出过程中不变形，必须正确分析塑件型腔附着力大小和所在部位，以便选择合适的顶出方式和顶出位置，使推力均匀合理分布，塑件平稳脱出而不变形。

由于塑件收缩时包紧型芯，因此顶出力作用点应尽可能靠近型芯，同时顶出力应施于塑件刚度、强度最大的部位，如筋部、凸缘、壳体侧壁拐角等处，作用面积也应尽可能达一些。

⑶尽量不损害塑件外观

塑件顶出方式的选择应不影响塑件的外观，若采用顶杆定有顶出痕迹的零件顶出塑件时顶杆应设计在塑件加工面或内侧面，必要时还可以在顶杆顶部压出装饰文字或图案。

⑷机构可靠

顶出机构动作要求灵活、可靠、制造方便、配换方便。 脱模力的计算：

脱模力是指将塑件从型芯上脱出时所克服的阻力，主要由塑件收缩时型芯的包紧力引起的塑件对

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的塑件对型芯的摩擦力造成，它是设计脱模机构的重要依据之一。未脱模时正压力F正就是对型

芯的包紧力，此时的摩擦阻力即为F然而，由于型芯有锥度，故在脱模力F脱?的作用下，正。阻?fF塑件对型芯的正压力降低了F脱sin?，即变成了F正?F脱sin?，所以这时的摩擦阻力为：

F阻?（fF正?F脱sin?)? fFFsin? 正?f脱

式中，F阻?摩擦阻力(N)； f?摩擦系数，一般f?0.151.0；

F正?因塑件收缩对型芯产生的正压力（即包紧力）(N)； F脱?脱模力(N)；

??脱模斜率，一般为1??2?。

由于?一般很小，所以 fF脱sin?的值可以忽略不计，从而可以推出：

F脱?f?F正cos??F正?sin??F正（fcos??sin?）当项不忽略时，即为 （f?F脱?sin?）F正?p?A

式中，p——塑件对型芯产生的单位正压力（包紧力），一般p=8—12MPa；薄件取小值，厚件取大值； A——塑件包紧型芯的侧面积（mm）。

对于不通孔的壳形塑件脱模时，还需要克服大气压力造成的阻力F阻，其值为： F阻?0.1A 故总的脱模力为： F总脱?F 脱?0.1F脱对了该塑件可以采用：

2F脱?f?F正cos??f?p?Acos??f?p?A

f?摩擦系数，一般f?0.151.0；

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p——塑件对型芯产生的单位正压力（包紧力），一般p=8—12MPa A——塑件包紧型芯的侧面积（mm）

2A初略计算如下：

4 图 3-8 塑件内部图 型芯面积主要由三部分组成，设由下到上分别为：A1、A2、A3。 A1=39??10 A2?29??16 A3?29??4

所以: A?A1?A2?A3

??1?0 A?392 ?970? mm

2?9? 20F脱?f?p?A?0.15?12?970??5482.44 N

3.8 分型与抽芯机构

当塑件上具有与开模方向不一致的孔或者侧壁有凹凸形状时，除极少数情况可以强制脱模外，一般都必须将成型侧孔侧凹的零件做成可活动的机构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具脱出，完成侧向活动型芯的抽出和复位的这种机构叫侧抽芯机构，这种模具脱出塑件的运动有两种情况，一是开模时优先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件：二是侧向抽芯也塑件的推出同步进行。

3.8.1 侧向抽芯机构的分类及特点

⑴ 机动侧抽芯：开模时，依靠注射机的开模动力，通过侧向抽芯机构改变运动方向，将零件抽出。机动侧抽芯操作方便、生产效率高、便于实现自动化，但模具结构复杂。

⑵ 手动侧抽芯：这种模具结构简单、生产效率低、劳动强度大、抽拔力有一定限制，故只在

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塑件，完成外侧抽芯。

⑵ 推杆内侧抽芯机构：推出时，推杆带动塑件一同运动，当推杆后部斜面与动模板接触时，则

迫使推杆向内侧抽芯动作。 ⒋斜滑块的设计要点

⑴ 斜滑块的导向斜角?可比斜导柱大些，但也不大于30度，一般取10－25度，斜滑块的推出长度必须小于导滑总长的2/3。

⑵ 斜滑块与导滑槽之间要以双面配合。

⑶ 为保证斜滑块的分型面密合，而且在斜滑块与模套之间需要留0.2－0.5 ㎜的间隙，同时斜滑块顶面应高出模套0.2－0.5 ㎜。

⑷ 当内侧抽芯时，斜滑块的顶端面应低于型芯顶端面0.05－0.10 ㎜。以免推出时阻碍斜滑块 径向移动，另外，在斜滑块顶端面的径向移动范围内，塑件表面时不应以任何台阶，以免阻碍斜滑块活动。

本设计侧抽芯处采用斜导柱和楔紧块，楔紧块如下图：

图3-11 楔紧块

楔紧块的验算：

L抽＝2l抽＝35 ㎜ 所以：

2l抽＝17.5??29.5＝19.67 ㎜

3楔紧块符合要求。

3.9 注射模温度调节系统设计

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。

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1.模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形率大，而且还容易造成溢料和黏模。 2.模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷。 3.当模具温度不均匀时，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响

塑件的形状和尺寸精度。

综上所述，模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求，通常温度调节系统包括冷却系统和加热系统两种。

3.9.1冷却系统设计

一般注射模内的塑料熔体温度为200摄氏度左右，而塑件从模具型腔中取出时的温度在60摄氏度以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性好的塑料，当塑件时小型薄壁时，则模具可利用自然冷却而不设冷却系统；当塑件壁厚而大型时，则需要对模具进行人工冷却，以使零件在模内加快冷却定型，缩短成型周期，提高生产率。

冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水较为普通，这是因为水的热容量大，传热系数大，成本低。

1）冷却系统的设计原则

1.尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。

2.冷却水孔的数量越多，孔径越明显，则对塑件的冷却效果越均匀。

3.尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离处处相等。当塑件不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔要靠近型腔、距离要小，但不应小于10 ㎜。

4.浇口处加强冷却。一般在注射成型时，浇口温度很高，距浇口越远温度越低，因此要加强浇口处的冷却。

5.应降低进水与出水的温差。如果进水与脱水温差过大，将使模具的温度分布不均匀尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水温度差不大于5摄氏度。

6.合理选择冷却水道的形式。对于收缩大的塑应沿收缩方向开设冷却水孔。对于不同形状的塑件，冷却水孔的排列形式也以所不同。

7.合理确定冷却水管接头位置。为了不影响操作，进出口水管设在注射机背面的模具同一侧。 8.冷却系统的水道尽量避免与模具其他机构（如推杆孔、小型芯孔等）发生干涉现象，设计时要通盘考虑。

9.冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。 2）冷却系统的机构形式

一、根据塑料制品形状及所需的冷却效果，冷却回路分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等多种样式，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。其基本形式介绍如下。

1.简单流道式：即通过在模具式直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，式生产中最常见的一

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种形式。

2.螺旋式：其特点是冷却水在模具中产生螺旋状回路，冷却效果较好，但制造比较麻烦。 3.隔片导流式：是以种多型芯的隔片导流式冷却系统。

4.喷流式：是一种用于长型芯的冷却形式，一般在型芯中间装一个喷水管，冷却水从喷水管的顶

端喷出，向四周分流冷却型芯壁。

5.导热杆及导热型芯式：常在型芯式镶有导热性好的钹铜合金，冷却水和钹铜合金的全部或尾部接触，以提高冷却效率。当型芯特别小时，可以采用钹铜合金作型芯材料加强冷却的方式。

6.冷却系统的零件：冷却系统对应不铜的冷却装置有不同的零件，主要有以下几种。 ①水管接头：一般由黄铜制成，对要求不高的模具也可用一般机构钢制成。 ②螺塞：主要用来构造水路，截流作用。要求高的模具用黄铜做成。 ③密封圈：主要用来使冷却回路不泄漏。

④密封胶带：主要用来使螺塞或者水管接头与冷却通道连接处不泄漏。 ⑤软管：主要作用是连接并构造模外冷却回路。 ⑥喷管件：主要用在喷流式冷却系统上，最好用铜管。 ⑦隔片：用在隔片导流式冷却系统上，最好用黄铜片。 ⑧导热杆：用在导热式冷却系统上，主要由钹铜制成。 二、本塑件的冷却水管设计 1.本塑件冷却水管设计如下图：

定模板动模板

图3-12 冷却水道的截断图

其中的小圆孔即为冷却水管，由图可以看出本设计共设八根水管。定模板上的水管离定模板上面14 ㎜（定模板厚度40 ㎜），动模板上的水管离动模板下沿21 ㎜（动模板厚度50 ㎜）因为模架型芯和楔紧块的原因使上下水管离型芯的距离相差3 ㎜。

本设计冷却系统采用简单流道式机构形式，即在定模板和动模板上直接打孔，并通以冷却水进行冷却。其俯视形式如下图：

33

图3-13 冷却水道

的布置

由图3-13可以看出：本设计的冷却水道是由上下两个回路组成，其中定模板和动模板分别有一个回路，每个回路有四条水道，两个水管接头，三条软管和若干个密封圈。 3.冷却系统的计算

1）被传导给模具型腔的总容量Q总

对于大型模具，从理论上讲，被传导给模具型腔内的总容量应由以下几部分组成： ⑴ 塑料熔体释放出的热量 （KJ/h） Q1＝nG?H焓 而：H熔＝Cs(t1?t0)

如考虑结晶型塑料的溶解潜热，则每千克塑料所放出的热量应为： QS?H焓＋Le 故可改写成

Q1?nG[Gs(t1?t0)?Le] 上式中，n——每小时注射次数； G——每次注射的塑料量；

H焓——塑料熔体与塑料冷却后的比焓 GS——塑料的比热容 [KJ/(Kg?C]；

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t1——熔融塑料进入型腔的温度；

Qs——单位质量塑料凝固时放出的热量；

Le——结晶型塑料解潜热。 ⑵ 高温喷嘴头向模具的接触传热 Q2?3.6AZ?(t1?t2)

式中：AZ——注射机的喷嘴头与模具的接触面积 （㎡）

?——金属的传热系数，普通钢??140，合金钢??105，钢合金??163； t2——模具的平均温度

t1——同前面。

2）冷却系统简单计算方法

通常对于中小型模具以及对塑料制品要求不太严格时，一般可忽略空气对流、辐射以及与注射机接触传走的热量，同时也忽略高温喷嘴头向模具的接触传给型腔的热。所谓简单计算就是以塑料熔体释放出的热量Q1为总热量，全部由冷却介质带走。然而根据模具实际操作过程，这些热量应分别由凹模和型芯冷却系统带走，即：

Q凹?nG1?Qs Q凸?nG2?Qs

式中：G1和G2分别为凹模和型芯所承担的制品质量(Kg)而且一般以制品壁厚的中性面作为凹模与型芯冷却的交界面来计算G1和G2。对于圆筒类零件，实验表明大约1/3的热量被凹模带走，其余的给凸模带走。

简单计算过程如下：

⑴ 计算单位时间内从型腔中散发出的总热量（Q总＝Q1），可用以下方法求得. ①计算每次需要注射量 （Kg） G?nG件＋G浇 ②确定生产周期 （S）： t?tt＋脱t 注＋冷 35

式中，t为生产周期，t注为注射时间，t冷为冷却时间，t脱为脱模时间，均可查表查到。 ③求使用的塑料单位热流量Q（SKJ/Kg) ④求每小时注射的次数: N?3600/t

⑤求每小时的注射量 （Kg/h）: W?N?G

⑥求从型腔内发出的总热量 （KJ/h） Q总＝Q1＝N?G?Q

⑶ 求凹模冷却水孔的直径（㎜）查表3－1如下：

表3－1 冷却水流速与管道直径的关系

冷却管道直径d （㎜） 8 10 12 15 20 25 30

最低流速

v(m?s?1)

冷却水体积流量V(m 5.0×10 6.2×10 7.4×10 9.2×10?33?min?1)

1.66 1.32 1.10 0.87 0.66 0.53 1.44

?3?3?3 12.4×10 15.5×10 18.7×10?3?3?3⑷ 求冷却水的平均速度（m/min）：（也可由表3－1查得最低流速） v平均＝4qv ?d2⑸ 求冷却管壁与水界面的 传热膜系数h3：

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4.187f(??v)0.8 h3? 0.2d⑹ 计算凹模冷却管的总传热面积 A?Q凹

h3??T式中，?T为模具温度与冷却介质温度之间的平均温差，即?T＝TM? （T进＋T出）⑺ 计算凹模上应设冷却水管总长度（m），由于传热面积A??dl，所以：

L?A/?d

⑻ 求凹模所需冷却水管根数 n=L/B (B为模具宽度)

以上为凹模冷却系统的计算方法，凸模的冷却系统计算方法相同。

3.本设计冷却系统设计

本设计由于板厚的问题，取水管直径为8 ㎜，水管直流S形在同一板上环绕，水管分定模板和动模板上下两层。

４ 模体（模架）设计

4.1 模体概述

模体也成模架，是注射模的骨架和基体，模具的每一部分都寄生其中，通过它将模具的各个部分有机联系在一起。我国市场上销售的标准模架，一般由定模座板、定模固定板、动模固定板、支承板、 垫块、动模座板、推块、推杆固定板、导柱、导套、复位杆等组成。另外，根据需要，还有特殊结构的模架，如点浇口模架、带脱模板模架等。 4.2 模架的确定

4.2.1 模架基本尺寸的确定

由下图可以基本推算模架的基本尺寸：

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图4-1 型腔嵌件的布置 根据型腔的布局可以看出，型腔长度尺寸为: L1?2h?2S抽?2S滑?2S斜导柱?l1 型腔宽度尺寸为： L2?2D?l2

其中： h为塑件高度尺寸 （㎜） S抽为抽芯距离尺寸 （㎜） S滑为制造型芯斜面所需距离 （㎜） S斜导柱为斜导柱在抽芯方向的距离 （㎜） l1为一级分流道长度尺寸 （㎜） D为塑件直径尺寸 （㎜） l2为二级分流道尺寸 （㎜）

得出：

L1?2h?2S抽?2S滑?l1?2?(6?4?1.5)?2?32?2?35?2?35?44?80?23?354 (㎜)

tan25?L2?2D?l2?2?42?10?94 （㎜）

本数据为型腔嵌件长度和宽度，考虑到导柱、导套及联接螺钉布置应占的位置和采用推件板推出等各方面问题分析选取标准模架315×355。

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图4-2 标准315×355 模架 4.2.2 各模板尺寸的确定 1.定模座板尺寸

定模座板取标准尺寸25 ㎜。 2.定模板尺寸

定模板与动模板组成组合式型腔，其中塑件在定模板和动模板各占一半，塑件高度为42 ㎜，其中在定模板所占高度为21 ㎜，在模板上还要开设冷却水道，冷却水道离型腔应有一定距离，因此定模板厚度取40 ㎜。

3.动模板尺寸

动模板和定模板一样，塑件21 ㎜在动模板中，并且要在动模板中开设冷却水道，综合各方面动模板厚度取50 ㎜。

4.支承板尺寸

Pl1l21T?0.54L()3

EL1?P130?3845.235)3 ?0.54?150(52.1?10?355?0.027 =31.229

式中：?p——支承板刚度计算许用变形量 ?p?25?108?10?5?0.027 ㎜

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iL?035?150?0.001?150?1.08?10?3 ㎜ L、W—两垫块距离(为150) L1——支承板长度、取355。

l1,l2——四个型芯投影到支承板上的面积

此支承板厚度计算尺寸为31.229 ㎜，对小型模具可减少一点，可利用两推板导柱对支承板进行支撑。

因此支承板可取30 ㎜。 5.垫块尺寸

6.垫块尺寸＝推出行程＋推出厚度＋推出固定板厚度＋（5－10） ?21?20?15?(5?10)?61取65 ㎜ 4.3 排气槽的设计

牙签盖的成型体积较小，注射时间为1S，采用的侧浇口形式，而且为组合式型腔，熔体从一边向型腔另一边充满，气体会沿着组合式型腔的分型面的间隙排出，这样的小零件一般不会造成憋气。如果对于大型塑件一定要通过计算，开设一定的排气槽，方可保证质量。 4.4 脱模推出机构的设计

采用一个塑件两根推杆来推出的结构形式，且两推杆分别为直径R1?4,R2?6 ㎜，长度

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l1?102mm,l2?99mm。且各推杆顶部都有适合零件的直径的形状，开出弧形状。

图4-3 推杆

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