空心球柄注射模设计

空心球柄注射模设计

系 别：自动化系 专 业 班：机电0603班 姓 名：洪 勇 学 号：20061100122 指导教师：孙金风

2010年6月

空心球柄注射模设计

Injection Mould of Hollow Handle

摘 要

塑料模具是指利用其本身特定密闭腔体去成型具有一定形状和尺寸的立体形状塑料制品的工具。随着塑料工业的发展和进步，人们对注射制件的要求越来越高。如何缩短成型周期、降低生产成本、提高制件精度、使用范围和标准化程度，一直是塑料行业孜孜以求的目标。近20年来注射成型工艺及模具新技术发展很快，新工艺和新结构层出不穷。

本设计首先参照已有的空心球柄，加入自己的独特元素，结合人机工程、制造工艺学和实用性，设计出本模具的塑件——空心球柄，更具典型性，有侧孔，镶字等特征。本文对该模具设计过程进行了详细的阐述，包括分型面设计，成型零部件设计，热流道系统设计，标准模架的选取，推出机构的设计，侧抽芯机构的设计，冷却系统和排气系统的设计，以及注塑机的选择与校核。

与本文配套的还有模具的二维总装配图，一些重要零部件的二维工程图，以及由Inventor绘制的全部模具零部件的三维模型及模具三维装配图，以便动态模拟模具的实际装配过程和实际的工作的过程，进行装配过程仿真和工作过程仿真，为模具的改进提供有力依据。

关键词：塑料模 型腔 精度 分型面 温度

I

Abstarct

Plastic mold is the three-dimensional shape of plastic tools which has a certain shape and size by using its own specific confined to molding cavity. With the development and progress of the plastics industry, the demand of the injection workpiece is gradually increasing. It has been pursed by the plastics industry that how to make the molding cycles short, reduce production costs and increase accuracy, range and level of standardization. New technologies and structures have been emerging with the quick development of the injection molding and the new mode technologies in the past 20 years.

The design of plastic parts of the mold called hollow handle is more typical and with the features of side holes, words inserted and so on, with the first light of the existing hollow handle, and then adding own unique elements, combining with the man-machine engineering, manufacturing technology and practical. This design process in this paper is detailed, including the design of parting surface , molding parts , hot runner system ,the selection of standard mold , the design of launching institutions, core mechanism , cooling systems and scheduling Gas system and the choosing and checking of the injection molding machine.

This article is also supported by the two-dimensional of assembly drawing mold and some important parts of the engineering drawing and the three-dimensional model of assembly diagram and mold parts drawn by the Inventor of all mold, in order to make the process in dynamic simulation of the actual assembly and the actual work convenient and true and provide a strong basis for improving the mold.

Key words: plastic model sub-cavity precision surface temperature

II

目 录

摘要 .................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................ II 绪论 ................................................................................................................................................... 1 1 空心球柄制件分析 .................................................................................................................... 4 1.1 空心球柄外表造型 ................................................................................................................. 4 1.2 塑件材料的选择 ..................................................................................................................... 5 1.3 塑件结构的工艺性 ................................................................................................................. 6 2 注射机选用与校核 .................................................................................................................... 7 2.1 注射机初步选择 ..................................................................................................................... 7 2.1.1 注射机的典型结构与分类 .................................................................................................. 7 2.1.2 注射成型工艺 ...................................................................................................................... 7 2.1.3 注射机与模具的关系 .......................................................................................................... 8 2.2 注射机的选取与校核 ............................................................................................................. 8 3 模具设计 ................................................................................................................................... 10 3.1 成型零部件设计 ................................................................................................................... 10 3.1.1 分型面设计 ......................................................................................................................... 10 3.1.2 型腔总体布局 .................................................................................................................... 11 3.1.3 成型零部件结构设计 ........................................................................................................ 11 3.1.4 成型零部件相关计算 ........................................................................................................ 12 3.2 浇注系统设计 ........................................................................................................................ 16 3.3 结构零部件设计 ................................................................................................................... 16 3.3.1 标准模架的选取 ................................................................................................................ 16 3.3.2 结构零部件的材质和配合设计 ....................................................................................... 16 3.4 推出机构设计 ........................................................................................................................ 17

III

3.5 冷却和排气系统设计 ........................................................................................................... 17 3.5.1 冷却系统设计 .................................................................................................................... 18 3.5.2 排气系统设计 .................................................................................................................... 19 4 模具装配图 ............................................................................................................................... 20 结论 ................................................................................................................................................. 22 致谢 ................................................................................................................................................. 23 参考文献 ......................................................................................................................................... 24

IV

绪 论

模具是利用其本身的特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。因为它基本上是机器自动生产，所以大幅度地提高了生产效率；又由于有固定的型腔或凸凹模，生产的塑件的统一性好，精度高。

模具是一门非常重要的科学，它涉及机械设计制造、塑性加工、铸造、金属材料及其热处理、高分子材料、金属物理、凝固理论、粉末冶金、塑料、橡胶、玻璃等诸多学科、领域和行业。

注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法，世界上注塑模的产量约占塑料成型模具总产量的 50 %以上。注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品，适合高效率、大批量的生产方式，已发展成为热塑性塑料和部分热固性塑料最主要的成型加工方法，因为现在许多材料都可以用塑料代替，而且塑料的成本很低，制造容易，可以加工成很多复杂的形状，所以应用非常广泛。

塑料模具是指利用其本身特定密闭腔体去成型具有一定形状和尺寸的立体形状塑料制品的工具。随着塑料工业的发展和进步，人们对注射制件的要求越来越高。如何缩短成型周期、降低生产成本、提高制件精度、使用范围和标准化程度，一直是塑料行业孜孜以求的目标。近20年来注射成型工艺及模具新技术发展很快，新工艺和新结构层出不穷。

国外模具工业起步早，各种先进模具制造理念和技术都是在国外萌芽，形成，成熟和运用。目前先进模具技术主要包括热固性塑料注射模、无流道成型、新型冷却系统、气体辅助成型、注射模计算机辅助设计(CAD)、辅助工程（CAE）与辅助制造（CAM)、精密注射成型、低发泡注射成型、共注射成型、排气注射成型和反应注射成型。

自20世纪70年代以来，注射模 CAD/CAE/CAM技术已成为当今世界热门的研究课题。其主要标志为分散、零星的研究迅速发展为集中、系统的研制和开发，一些研究成果很快地转化为促进模具行业进步的生产力。1978年澳大利亚的Moldflow公司率先推出商业化的三维流动模拟软件，在生产中发挥了作用。在以后的短短十余年间，国际软件市场便涌现出许多注射模CAD/CAE/CAM商业软件，它包括了流动、保压、冷却、翘曲分析等程序[4]。该公司的软件基于美国Cornell大学的科研成果，因此具有较高的水

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平和可信赖性。德国Aachen大学IKV研究所的CADMOULD软件，包括模具结构设计、模具强度与刚度分析、流动模拟及冷却分析等程序。国外的一 些计算机公司将注射模的CAE软件与CAD/CAM系统结合起来，陆续在国际市场上推出了注射模 CAD/CAE/CAM软件包（或者称 为注射模 CAD/CAE/CAM工具包），受到了用户的欢迎。比较著名的有美国CV公司的CAD/CAM软件CADD5、美国麦道飞机公司的CAI)/CAM软件UG11、美国SDRC公司的CAD/CAM软件I-DEAS、法国CISIGRAPH公司的CAD/CAM软件STRIM100、美国DELTA-CAM公司的CAD/CAM软件DUCTS等。这些CAD/CAM与注射模CAE软件一道构成了注射模的软件包。以上的系统均能在32位工程工作站上运行。从国外的情况看，由于模具厂的规模一般都较小，微机的使用率高于工作站的使用率。

目前，注射模具CAD/CAE/CAM的工作内容主要如下。

(1) 塑料制件的几何造型，采用几何造型系统，如线框架造型、表面造型和实体造型，在计算机中生成塑料制件的几何模型，这是CAD/CAE/CAM工作的第一步。由于塑料制件大多是薄壁件且又具有复杂的表面，因此常用表面造型方法来产生制件的几何模型。

(2) 型腔表面形状的生成，由于塑料制件的成型收缩，模具的磨损及加工精度的影响，注射制件的内、外表面并不就是模具的型芯、型腔表面，需要经过比较复杂的转换才能获得型腔和型芯表面。目前大多数注射模设计软件并未能解决这种转换，因此，制件的形状和型腔的形状要分别地输人，比较繁琐。如何由制件形状方便、准确地生成型腔和型芯表面形状仍是当前的研究课题。

(3) 模具方案布置，采用计算机软件来引导模具设计者布置型腔的数目和位置，构思浇注系统、冷却系统及推出机构，为选择标准模架和设计动模、定模部装图做准备。

(4) 标准模架的选择，一般而言，用作标准模架选择的设计软件应具有两个功能，一是能引导模具设计者输人本厂的标准模架，以建立自己的标准模架库；二是能方便地从已建好的专用标准模架库中选出在本次设计中所需的模架类型及全部模具标准件的图形及数据。

(5) 部装图及总装图的生成，根据所选的标准模架及已完成的型腔布置，设计软件以交互方式引导模具设计者生成模具部装图和总装图。模具设计者在完成总装图时能利

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用光标在屏幕上拖动模具零件，以塔积木的方式装配模具总图，十分方便灵活。

(6) 数控加工，如各种自动编程系统 CAD/CAE/CAM软件，包括注射模中经常需要用的数控线切割指令生成，曲面的三轴、五轴数控铣削刀具轨迹生成及相应的后置处理程序等。

(7) 数控加工仿真，为了检验数控加工软件的准确性，在计算机屏幕上模拟刀具在三维曲面上的实时加工并显示有关曲面的形状数据。

现在，模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一，因为模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美观和手感的要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必然要求塑料模具随之发展。尽管我国IT模具工业建设实现了跨越式发展，已具有相当大、相当高的能力和水平，但与模具工业发达国家相比，差距仍然很大，模具技术人员的生产经验和生产知识、技术，以及模具生产过程中的核心技术CAD/CAE/CAM的水平和内含还不及模具发达国家。需致力于提高模具精度、质量、使用性能和标准化程度、缩短模具生产周期、降低生产费用、提高生产率的研究。加快引进消化吸收国外模具新技术的能力，同时加强自身创新的能力。

作为新时期的大学生，我们有义务承担起强国的重任，这需要有更多从事模具行业的人才来实现。本课题主要运用了注射模CAD/CAE/CAM技术和热流道技术。

从目前的制造技术来看，手机塑料外壳的成型方法主要是注射成型，最近流行的金属壳体需要精密冲压加工。手机注射模成为当今注射模制造行业最为复杂的模具之一，是手机结构件制造的难点，引起了相关尖端工程技术人员的高度重视。众多工厂的手机模具设计制造证明，面盖模具、镜片模具又是手机塑件制造中的关键模具。

通过本课题的研究，能加深我对模具的认识、理解、掌握模具的一般设计过程，加强对模具零件设计原则的理解和一些常识性细节的把握，学习如何更好地利用网络和图书馆获取所需知识，熟悉专业论文的书写格式，同时学习模具的三维造型与仿真，熟悉巩固二维工程图的绘制，系统全面地复习所学过的机械相关知识，全面地提高自己。

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1 空心球柄制件分析

1.1 空心球柄外表造型

为保证论文的原创性，空心球柄塑件为本人根据导师要求自行设计。设计主要包括尺寸、形状、功能等方面，同时添加了自身元素。通过学习相关知识，最后确定空心球柄的造型如下。

(1) 空心球柄的3D模型

图1-1 空心球柄正面

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图1-2 空心球柄侧面

1.2 塑件材料的选择

塑料的品种很多，从不同的角度按照不同的原则，其分类也各不相同，常用塑料分类方法有以下两种。

(1) 按照合成树脂的分子结构和受热时的行为分类，可以把塑料分为热塑性塑料和热固性塑料，热塑性塑料可以反复使用，在成型加工过程过程中，一般只有物理变化，变化过程是可逆的，而热固性塑料则不可逆。

(2) 塑料按照其应用范围可以分为通用塑料，特种塑料和工程塑料3大类。通用塑料用途很广，其中PE，PC都属这类塑料，工程塑料有突出的力学性能和耐热性，如ABS，特种塑料指特殊功能的塑料，一般都是经过特殊处理得到的。

对于空心球柄，由于其结构比较复杂，要求有一定的耐磨性，抗腐蚀性，特别是耐热和绝缘要好，所以我选择高密度聚乙烯（PE），这种塑料是世界塑料工业中产量最大的品种，密度为0.91～0.96g/cm ,有一定的机械强度，其分子支链较少，相对分子质量较大，结晶度和密度均较高，所以比较坚硬，耐磨，耐腐蚀，耐热及绝缘性好，常用

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于做管材，绳索，板料等。PE成型时流动性好，质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模，但是受压敏感，加热时间长了易分解，所以要严格控制模具温度。

1.3 塑件结构的工艺性

(1) 精度。空心球柄所用塑料为PE，制件要求表面光滑，所以表面精度要求较高，其他部分要求能满足强度要求即可。

(2) 形状。空心球柄结构较为复杂，而且很高，所以在设计模具时，型心采用组合式型心，方便脱磨与修模，顶出时采用推管推出，简化设计工作和生产时间，提高了生产效率，降低了模具制造成本。

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2 注射机选用与较核

模具都必须安装在与其适应的注射机上才能进行生产，因此设计模具时，必须熟悉所选注射机的技术规范，并对相关的参数进行较核，判断模具能否在所选注射机上使用。 注射机通常由注射装置，锁模装置，液压传动装置和电器控制装置组成，注射机的技术参数是注射机设计，制造，选择与使用的基本依据，也是模具设计，制造的基础，描述注射机性能的基本参数有：公称注射量，注射压力，注射速度，锁模力，锁模装置基本尺寸等。

2.1 注射机的初步选择 2.1.1 注射机的典型结构与分类

(1) 机械系统

①合模系统。合模系统的作用是固定模具，使动模板作开闭模运动，能锁紧模具。当模具闭合后，在合模油缸压力作用下，产生额定合模力，锁紧模具，防止模具注入高压熔体时模具的型腔张开。

②注射系统。注射系统的作用的加入塑料，使之塑化和熔融，并在高压和高速下将熔体注入模腔。注射系统主要由塑化装置，螺杆驱动装置，计量装置，注射动作装置，注射座整体移动装置，行程限位装置及加料装置组成。

(2) 加热冷却系统。

(3) 液压系统。由过滤器、泵、各种阀类、和各种压力、温度指示仪表和开关元件等组成。

(4) 润滑系统。

(5) 电控系统。主要由各种继电器元件、各种电子元件、各种检测元件及自动化仪表组成。

(6) 安全保护与监测系统。

注射机主要分为3类，分别为卧式注射机，立式注射机，角式注射机，本模具用的注射机为卧式注射机，其卧式注射机也是最广泛应用的一种。

2.1.2 注射成型工艺

(1) 模具精度，主要取决于模具型腔尺寸精度高，型腔定位准确或分型面精度

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是否满足要求。一般精密注塑模具的尺寸公差，应控制在制品尺寸公差的1/3以下。 (2) 可加工性与刚性，在模具结构设计中，型腔数不宜过多，而底板、支承板、型腔壁都要厚一些，以避免零件在高温、高压作用下发生剧烈弹性形变。 (3) 制品脱模性，模具要尽量采取少的型腔数、少而短的流道以及比普通模具有更高的光洁度，这样有利于脱模。

(4) 精密模具的材料，选择机械强度高的合金钢。制作型腔、浇道的材料要经过严格的热处理，选用硬度高(成型零件要达到HRC52左右) 、耐磨性好、抗腐蚀性强的材料。

2.1.3 注射机与模具的关系

模具都必须安装在与其相适应的注射机上才能进行生产，因此在设计模具时，必须熟悉所选注射机的技术规范，并对相关参数进行较核，判断模具能否在所选注射机上使用。

2.2 注射机的选取与较核

(1) 注射量 本塑件单件重

ms=16.370×0.95g=15.5g

本塑件单件体积

Vs=16.370cm3

浇注系统重量的计算可根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积

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Vj≈3.14×3 ×106×4mm3≈11.982cm3

粗略计算浇注系统重量

mj≈Vj×ρ=11.982×0.95g≈11.38g

总体积

V总=11.982+6×16.370=110.2cm3

总重量

M总=11.38+15×6≈101g

PE的密度为0.95g/cm3 最大注射量为:

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V机≥V总/0.80≥137.75 cm3

(2) 锁模力

p锁≥pF 式中 p——塑料成型时型腔压力，ABS的型腔压力p=30MPa； F——浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（mm2）。 浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积

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F=15×（3.14×20 ×6+12×20×55）=21.2 kN

所以锁摸力必须大于21.2 kN PE成型时的注射压力为50～100MPa。 初步选定压力机为SZ-100/60 (3) SZ-100/60有关技术参数为： 最大开模行程S：300mm 模具最大厚度：300mm 模具最小厚度：170mm 喷嘴圆弧半径：10mm 拉杆空间：320×320mm (4) 注射机较核如下： ①注射机最大开模行程：

S≥2h1+h2+（5～10）=2×62+100+10=234mm 所以满足要求 ②模具厚度： Hmin≤Hm≤Hmax 170mm≤261mm≤300mm 故满足要求。

由于以上条件均符合，所以最终确定压力机为SZ-100/60型。

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3 模具设计

3.1 成型零部件设计

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 、型芯 、型环和镶件等。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设计的重要部分。

3.1.1 分型面的设计

为了塑件的脱模和安放嵌件的需要，模具型腔由两部分或更多部分组成，这些可分离部分的接触表面即称为分型面。一副塑料模具根据需要可能有一个或两个以上分型面。分型面可能是垂直于合模方向或倾斜于合模方向，也可能是平行于合模方向。所谓合模方向通常是指上模与下模、动模与定模闭合的方向。

分型面的形状有平面分型面、斜面分型面、阶梯面分型面、曲面分型面、瓣合分型面和双分型面，如图3-1所示。分型面应尽量选择平面的，但是为了适应塑件成型的需要与便于塑件脱模，也可以采用后三种分型面。后三种分型面虽然加工较麻烦，但型腔加工却比较容易。

分型面的选择原则：①有利于脱模；②有利于保证塑件质量；③有利于简化模具结构；④有利于模具成型零件的加工；⑤应选在塑件外形最大轮廓处；⑥有利于排气。

下面是空心球柄的分型面选择图，分型面选择图示位置主要是为了利于脱模，保证外表面的质量，能简化模具结构。考虑到塑件体积不大，利用分型面以及其他间隙可保证排气的实现。

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图3-1 空心球柄分型面选择

3.1.2 型腔总体布局

多型腔在模具上通常采用圆形排列、H形排列、直线形排列以及复合排列等，在设计时应注意如下几点：①尽可能采用平衡式排列，②型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象，③尽量使型腔排列得紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸,④型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工较麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线排列和 H形排列，从平衡的角度来看应尽量选择H形排列。

因此采用一模六腔，且塑件形状不规则，不易加工，于是采用H形布局。具体形腔布局如图：

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图3-2 空心球柄型腔布局

3.1.3 成型零部件的设计

成型零件是与塑料直接接触、构成型腔的零件，包括凹模、凸模。型腔是指合模时用来填充塑料、成型塑件的空间。凹模是成型塑件外表面的零件。

(1) 凹模结构设计

凹模的结构随着塑件形状、成型需求、模具加工装配等工艺要求而变化，有以下几种形式。

①整体式凹模，凹模由整块材料构成。

整体式凹模的结构特点是牢固、不易变形、塑件质量好。它的适用范围是形状简单或形状复杂但凹模可用电火花和数控加工的中小型塑件。

②整体嵌入式凹模，凹模由整块金属材料加工成并镶入模套中。

其结构特点是型腔尺寸小，凹模镶件外形多为旋转体，更换方便。它的适用范围是塑件尺寸较小的多型腔模具。

③局部镶嵌式凹模，将凹模中易磨损的部位或做成镶件嵌入模体中。其结构特点：易磨损镶件部分易加工易更换。

④大面积镶拼凹模，凹模由许多拼块镶制组合而成。组合目的是满足大型塑件凸凹形状的需求，便于机加、维修、抛光、研磨、热处理以及节约贵重模具钢材，

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其适用范围是广泛应用于大型塑件上。

⑤底部相拼结构，凹模做成通孔形式再镶上底部。其结构特点是强度刚度差，底部易造成飞边（注意结构设计，防止飞边产生）。它的适用范围是形状复杂或较大的型腔。

由于塑件形状不规则，必然导致凸模板和凹模板加工的困难。如果采用完全整体式，其中加工难度最大的就是空心球柄部分，为降低加工成本和难度，这两部分采用局部嵌件。

(2) 凸模的结构设计

型芯（凸模）又叫阳模，成型塑件的内表面。型芯是成型塑件中较大的主要内型的成型零件。成型杆是成型塑件上较小孔的成型零件。

凸模的分类：

①整体式凸模，整个型芯和模板为一个整体。其适用范围：形状简单的型芯。 ②组合式凸模，型芯采用拼块组合。其适用范围：塑件内型较复杂的情况。它的优缺点是节约贵重金属，减少加工量，但拼接处必须牢靠严密。

③小型芯（成型杆），成型杆的形状有圆形、矩形、锥形等等，成型杆的形式和装配固定方法直接影响着塑件的内型及精度。

考虑到一模六腔，塑件比较复杂，而为方便改模，我把模具设计成组合式型心，表面上延长加工时间，但是模具寿命得到了保证。

3.1.4 成型零部件的计算

(1) 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。影响工作尺寸的因素有以下几个方面：

①塑件收缩率的影响

由于塑件热胀冷缩的原因，成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。 ②凸、凹模工作尺寸的制造公差

它直接影响塑件的尺寸公差，通常凸、凹模的制造公差取塑件公差的1/3～1/6，表面粗糙度Ra取值为0.8～0.4 μm。

③凸凹模使用过程中的磨损量及其他因素

生产过程中的磨损以及修复会使得凸模尺寸减小，凹模尺寸增大。

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(2) 凹模的工作尺寸计算

凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计尺寸时，包容尺寸尽量取下限，尺寸偏差取上偏差。

凹模的径向尺寸计算：

La?[Ls(1?k)?(3/4)?]?? （3-1）

式中，Ls——塑件的外形尺寸； k——塑料的平均收缩率； ?——塑件的尺寸公差；

?——模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3～1/6。

凹模的深度尺寸公式：

Ha?[Hs(1?k)?(2/3)?]?? （3-2） 式中，Hs——塑件高度方向的公称尺寸。 (3) 凸模的工作尺寸计算

凸模是成型塑件内形的，其工作尺寸属被包容尺寸，在使用过程中凸模的磨损会使被包容尺寸逐渐地减小。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。

凸模的径向尺寸计算： lt??ls(1?k)?(3/4)???? （3-3）

式中，ls——塑件内形径向公称尺寸

凸模的高度尺寸计算尺寸：

??ht??hs(1?k)?(2/3)?? （3-4） 式中，hs——塑件深度方向的公称尺寸。 (4) 模具中的位置尺寸计算

计算公式为：

C?Cs(1?k)??/2 （3-5） 式中，C——模具的位置尺寸；

Cs——塑件位置尺寸。

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(5) 根据以上公式和所给零件尺寸要求，可以计算出各个尺寸。制造公差?取相应尺寸公差的1/4。

查表可知，PE塑料的收缩率是0.3%～0.8%。 平均收缩率：k=（0.3%～0.8%）/2=0.55% 属于凹模径向尺寸的有：R20, 117, 190 属于凹模深度方向的尺寸有：20

属于凸模径向的尺寸有：R20，R6，R17，Φ6, 属于凸模高度方向的尺寸有：17 属于中心距的尺寸有：48.5，75 计算过程如下：

凹模径向尺寸（根据公式3-1） R20→[20（1+0.0055）－0.75×0.006]

?0.004 0?0.004 0=20.11

?0.0027 0?0.0027 0117 →[117（1+0.0055）－0.75×0.004]190 →[190（1+0.0055）－0.75×0.004]凹模深度方向尺寸（根据公式3-2） 20→[20（1+0.0055）－2/3×0.003] 凸模径向尺寸（根据公式3-3） R20→[20（1+0.0055）+0.75×0.006]R17→[17（1+0.0055）+0.75×0.006]R10→[10（1+0.0055）+0.75×0.006]

0-0.004 0-0.004 0-0.004?0.0027 0?0.0027 0=117.64=191.05

?0.002 0

?0.002 0=20.10

=20.11=17.09=10.06

0-0.004 0-0.004 0-0.004

117→[117（1+0.0055）+0.75×0.004]190→[190（1+0.0055）+0.75×0.004]凸模深度方向尺寸（根据公式3-4） 17→[17(1+0.0055)+2/3×0.0025] 中心距尺寸（根据公式3-5）

0-0.0027 0-0.0027=117.64=191.05

0-0.0017 0-0.0027 0-0.0027 0-0.0017=17.09

48.5→1.0055×48.5?0.75×0.004/2=48.767?0.0015 75→1.0055×75?0.75×0.004/2=75.412?0.0015

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3.2 浇注系统设计

所谓浇注系统是指注射模中从主流道的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。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。注射成型的基本要求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔。本模具采用内普通流道浇注系统。

3.3 结构零部件设计

注射模具由成型零部件和结构零部件组成。结构零部件主要包括标准模架、注射模的支撑零部件和合模导向机构。支撑零部件主要由固定板（动、定模板）、支撑板、垫板和动、定模座板等组成。

3.3.1 标准模架的选取

模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，模具上的大部分零部件可以直接选购由专门厂家生产的标准件，尤其是模架的直接选购，大大节约了模具制造时间和费用。现在，厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑模具，10 天左右的时间即可完成。模具标准件在不同的国家和地区有小小的差别，主要是在品种和名称上有区别，但所具有的结构基本上是一样的。

根据以前的计算，我所选择的标准模架为：3030-DAI细水口系列。

3.3.2 结构零部件的材质和配合设计

固定板、支撑板要求具有一定的厚度，足够的刚度和强度，于是选择45钢调质处理至28～32HRC。导柱采用SKD-11淬火处理至50～55HRC。导柱与模板之间采用H7/h6过度配合。

3.4 推出机构设计

注塑成型每一循环中，塑件必须从模具中凹、凸模中脱出，完成脱出塑件的装置称为推出机构，也叫脱模机构。

脱模机构最常用的是简单脱模机构。在动模一边施加一次顶出力，就可实现塑件脱模的机构称为简单脱模机构。其中最常用的顶杆脱模结构。

开模后塑件贴在动模上，必须脱出，此时顶板受力，驱动顶杆运动将塑件顶出；塑件顶出后，顶板由回程杆引导回复至起始位置，准备下一次脱模。

其他常见的脱模机构另有顶管脱模机构和推板脱模机构等。顶管脱模机构适合于薄

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壁圆筒形塑件或局部为圆筒形的塑件脱模，推板脱模机构主要用于大筒形塑件、薄壁容器和各种罩壳类塑件的脱模。

推杆位置选择原则：①应选择脱模阻力最大的地方；②保证受力均匀；③注意塑件的强度和刚度；④考虑推杆本身的刚度。

图3-3 空心球柄推出机构

考虑到塑件杆部为孔，从而采用推管推出，方便脱模。

3.5 冷却和排气系统设计

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3.5.1 冷却系统设计

对于大多数热塑性塑料，为缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却。即在注塑完成后通循环水到靠近型腔的零件上型腔零件上的孔内，以便使模具冷却。

水的设计遵循以下几个原则：

(1) 冷却水孔数量应尽可能的多，孔径尽可能的大。冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水道直径的～2倍（通常12～15 mm），冷却水道之间的中心距约为孔直径的3～5倍。水道直径一般在8 mm以上。

(2) 为了能够让模具能够均匀地受到冷却作用，避免产生塑件翘曲和零件变形，冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等。当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离尽可能处处相等，当塑件壁厚不均匀时，应在壁厚处加强冷却。

(3) 浇口处要加强冷却。

(4) 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位。

进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。

图3-4 冷却系统布置

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3.5.2 排气系统设计

因为本塑件属于薄壁件，且尺寸不大，需要模具的排气能力不是特别强[10]，所

以不特意设计排气结构，利用分型面，顶杆间隙，以及其他间隙排气。

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4 模具装配图

在完成模具各个部分设计并绘制了二维装配图之后，为了更直观地表现本模具的装配和工作过程，我用CAD绘制了模具所有零部件以后二维装配图，并以此检验各个部分尺寸的合理性以及是否存在干涉现象，以便进行改进。下面是我的装配图。

图4-1 空心球柄注射模装配图

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图4-2 空心球柄注射模3D图

以上为空心球柄二维和三维装配图，将所有的零部件按照设计的关系组装在一起，其中为使读者能轻松明白本模具的结构，我特意将模具中不同零部件设置成不同的颜色。

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结 论

本次模具设计是在没有给定具体塑件的前提下进行的，首先我得设计一个结构合理的空心球柄作为塑件，为此我参考了很多曲面的造型，结合人机工程，充分考虑实用性和制造工艺学，加入自身的一些特殊元素，又因为本人自身能力所限，没有将塑件的难度设置特别大，最终设计出来本塑件，同时也保证了本课题的原创性。

考虑到塑件为大批量生产，一模六腔，并且空心球柄对外表面的要求也较高，于是决定采用组合式模仁，这样可以减少浇注系统对表面造成的影响，同时提高了生产效率，节约材料，缩短了生产周期，节约了能源，更能满足产品日新月异变化的需求。

本次设计过程中，我充分考虑了模具标准化，选用了标准模架和已有注塑机，在热流道技术应用上，我也是尽量选用已有的热流道技术产品，从而降低成本，缩短模具制造周期。

在模具各个部分的具体设计上，我大量查阅书籍资料，力争将模具结构最优化，所有涉及计算的地方，我都进行详细计算校核。

最后通过UG建模，对模具装配过程和工作过程进行三维动画仿真，检验是否存在不合理干涉现象，以便改进。

整套模具虽然现在理论上具有可行性，但最终还得通过最后实际工程才能检验它是否真正合理，如是否存在薄弱环节，安全性问题。此外，因为存在磨损，所以能否满足使用寿命和精度要求，都需要实践来检验。

通过此次毕设，我全面系统地学习了模具专业知识，对于模具设计的一般流程和主要难点有了较深刻理解,掌握了一些典型塑件的模具设计技巧。

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致 谢

首先，在毕业设计学习期间孙老师渊博的学识、严谨的治学和忘我的工作精神给我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。每次孙老师为了指导我们，废寝忘食，细心检查和讲解，同时孙老师治学态度严谨，一丝不苟，追求完美到每一个细节。恩师这种严谨的治学精神和忘我的工作热情将激励我以后的工作和学习，成为伴随我一生的精神财富！

其次，我要感谢校外李主管在论文的书写格式方面和绘图规范方面给与的指导，在这个专业课题上给了很多在设计方法和设计技巧上的指导。感谢同窗好友，他们分享了许多设计资料并对我的设计提出了许多富于启发性的意见。在此向他们说一声谢谢!

最后，对所有帮助过我的同学和老师表示衷心的感谢!

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参考文献

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[5] 刘细芳，黄家广．注射模CAD/CAE/CAM集成技术的研究，电加工与模具，2008，6：47~49.

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