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目 錄
引言……………………………………………………………………1
設計指導書……………………………………………………………2
設計說明書……………………………………………………………4
一、畢業(yè)設計課題………………………………………………4
二、塑件及材料分析……………………………………………4
三、模具結構設計………………………………………………6
1、分型面……………………………………………………6
2、型腔布局…………………………………………………7
3、澆注系統(tǒng)設計……………………………………………7
4、排氣系統(tǒng)設計……………………………………………8
5、成型零件設計……………………………………………9
6、脫模機構設計……………………………………………16
7、模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)設計………………………………20
8、其它設計…………………………………………………23
9、裝配草圖…………………………………………………24
三、設計小結………………………………………………………25
參考資料……………………………………………………………26
湖 南 建 材 高 等 專 科 學 校
機械工程系2006屆
畢
業(yè)
設
計
說
明
書
設計題目 橢圓蓋注射模
模 具 專業(yè) 0301 班級
姓名 鄧 國 興
指導老師 張 蓉 職稱 副教授
2 0 0 6 年 0 2 月
目 錄
引言……………………………………………………………………1
設計指導書……………………………………………………………2
設計說明書……………………………………………………………4
一、畢業(yè)設計課題………………………………………………4
二、塑件及材料分析……………………………………………4
三、模具結構設計………………………………………………6
1、分型面……………………………………………………6
2、型腔布局…………………………………………………7
3、澆注系統(tǒng)設計……………………………………………7
4、排氣系統(tǒng)設計……………………………………………8
5、成型零件設計……………………………………………9
6、脫模機構設計……………………………………………16
7、模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)設計………………………………20
8、其它設計…………………………………………………23
9、裝配草圖…………………………………………………24
三、設計小結………………………………………………………25
參考資料……………………………………………………………26
引 言
本說明書為我機械系2006屆模具設計也制造專業(yè)畢業(yè)生畢業(yè)設計說明書，意在對我專業(yè)的學生在大學期間所學專業(yè)知識的綜合考察、評估。要在有限的時間內單獨完成設計。也是在走上工作崗位前的一次考察。
本設計說明書是本人完全根據《塑料模具技術手冊》的要求形式及相關的工藝編寫的。說明書的內容包括：畢業(yè)設計要求，設計課題，設計過程，設計體會及參考文獻等。
編寫說明書時，力求符合設計步驟，詳細說明了塑料注射模具設計的方法，以及各種參數的具體計算方法，如塑件的成型工藝，型腔及型芯的計算，塑料脫模機構的設計，調溫系統(tǒng)的設計等。
由于本人才疏學淺，知識根底不牢，缺少經驗，在模具結構設計計算和編寫設計說明書的全工程中，得到張蓉老師以及其他機械、模具基礎課的老師的細心指導，同時也得到同學的熱情幫助和指點，在此謹以致謝。
敬請各位老師和同學批評指正，以促我在以后的工作中減少類似的錯誤，做出成績，以報恩師的淳淳教誨和母校的培養(yǎng)。
設計者：鄧國興
2006年2月20日
設計指導書
1. 設計前應明確的事項
（1） 明確制品的幾何形狀及使用要求。對于形狀復雜的制品，有時除看懂其圖樣外，還需參考產品模型或樣品，考慮塑料的種類及制品的成型收縮率、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、允許變形范圍等范圍，即充分了解制品的使用要求，因為這不僅是模具設計的主要依據，而且還是減少模具設計者與產品設計者已意見分歧的手段。
（2） 估算制品的體積和重量及確定成型總體方案。計算制品重量的目的在于選擇設備和確定成型總體方案。成型總體方案包括確定模具的機構形式，型腔數目，制品成型的自動化程度，采用流道的形式（冷流道或熱流道），制品的側向型孔是同時成型還是后序加工，側凹的脫模方式等。
（3） 明確注射成型機的型號和規(guī)則。只有確定采用什么型號和規(guī)則的注射成型機，在模具設計時才能對模具上與注射機有關的結構和尺寸的數據進行校核。
（4） 檢查制品的工藝性。對制品進行成型前的工藝性檢查，以確認制品的各個細小部分是否均符合注射成型的工藝性條件。
2. 基本程序
模具及其操作必須滿足各種要求，其模具設計的最佳方法是綜合考慮，系統(tǒng)制定設計方案，模具設計流程圖表示了各條件間的相互關系，以及必須滿足主功能的邊界條件和附加條件的關系。
3. 注射模設計審核要點
（1） 基本結構審核
1） 模具的結構和基本參數是否與注射機規(guī)格匹配。
2） 模具是否具有合模道向機構，機構設計是否合理。
3） 分型面選擇是否合理，有無產生飛邊的可能，制品能否滯留在設有推出脫模機構的動模（或定模）一側。
4） 模腔的布置與澆注系統(tǒng)設計是否合理。澆口是否與塑料原料相適應，澆口位置是否恰當，澆口與流道的幾何形狀及尺寸是否合適，流動比數值是否合理。
5） 成型零部件結構設計是否合理。
6） 推出脫模機構與側向分型或抽芯機構是否合理、安全和可靠。它們之間或它們與其它模具零部件之間有無干涉或碰撞的可能，脫模板（推板）是否會與凸模咬合。
7） 是否需要排氣結構，如果需要，其設置情況是否合理。
8） 是否需要溫度調節(jié)系統(tǒng)，如果需要，其熱源和冷卻方式是否合理。溫控元件隨是否足夠，精度等級如何，壽命長短如何，加熱和冷卻介質的循環(huán)回路是否合理。
9） 支承零部件結構設計是否合理。
10） 外形尺寸能否保證安裝，緊固方式選擇是否合理可靠，安裝用的螺栓孔是否與注射動、定模固定板上的螺孔位置一致，壓板槽附近的固定板上是否有緊固用的螺孔。
（2） 設計圖樣審核要點
1） 裝配圖。零部件的裝配關系是否明確，配合代號標注得是否恰當合理，零件標注是否齊全，與明細表中的序號是否對應，有關的必要說明是否具有明確的標記，整個模具的標準化程度如何。
2） 零件圖。零件號、名稱、加工數量是否有確切的標注，尺寸公差和形位公差標注是否合理齊合。成型零件容易磨損是部位是否預留了修磨量。哪些零件具有超高精度要求，這種要求是否合理。各個零件的材料選擇是否恰當，熱處理要求和表面粗糙度要求是否合理。
3） 制圖方法。 制圖方法是否正確，是否合乎有關規(guī)范標準（包括工廠企業(yè)的規(guī)范標準）。圖面表達的幾何圖形與技術內容是否容易理解。
（3） 模具設計質量審核要點
1） 設計模具時，是否正確地考慮了塑料原材料的工藝特性、成型性能，以及注射機類型可對成型質量產生的影響。對成型過程中可能產生的缺陷是否在模具設計時采取了相應的預防措施。
2） 是否考慮了制品對模具導向精度的要求，導向結果設計得是否合理。
3） 成型零部件的工作尺寸計算是否合理，能否保證制品的精度，其本身是否具有足夠的強度和剛度。
4） 支撐部件能否保證模具具有足夠的整體強度和剛度。
5） 設計模具時是否考慮了試模和修模要求。
（4）裝拆及搬運條件審核要點有無便于裝拆時用的橇槽、裝拆孔和牽引螺釘，對其是否作出了標記。有無供搬運用的吊環(huán)或起重螺栓孔，對其是否也作出了標記。
畢業(yè)設計說明書
目錄
一、設計課題：橢圓蓋注射模
二、塑件分析
1． 塑件尺寸圖分析
①．件選用聚丙烯（PP），聚丙烯有以下優(yōu)點：
A． 聚丙烯有極低的密度，是大品種塑料中最輕的一種；
B． 優(yōu)良的耐化學藥品性和耐疲勞性，在室溫下溶劑不能溶劑PP，另外耐熱性較高，對80%硫酸可耐100℃；若無外力作用，制品150℃也不會變形；
C． 耐高頻電絕緣性好，在潮濕的環(huán)境中也具有良好的電絕緣性；
D． 優(yōu)良的力學性能，包括拉伸強度，壓縮強度，突出的剛性和耐彎曲疲勞性能；
但是聚丙烯的耐沖擊性差，尤其是低溫沖擊性差，對缺口十分敏感。
總上所述，本塑件用做瓶蓋，應使用具有耐化學藥品性和耐疲勞性的的材料，由于本塑件是瓶蓋，會經常抽拔，故材料的力學性能要優(yōu)良，所以的材料選用聚丙烯（PP）。由于聚丙烯的耐沖擊性差，故塑件外形設計為橢圓形以防止缺口的形成。
由于本塑件是瓶蓋，所以制造精度要高一些，查閱有關手冊，本塑件取IT4級。
②．聚丙烯（PP）的物理及力學性能：
密度/( g/cm)
0．9
斷裂伸長率/%
200∽700
熔點/℃
165∽170
彎曲強度/MPa
49∽58．8
脆折點/℃
<-10
彈性模量/MPa
980∽9800
拉伸強度/MPa
29．4
缺口沖擊模量
5∽10
③．塑件的體積,質量及正投影面積
A．體積：塑件餓體積由環(huán)形橢圓環(huán)面體、近似橢圓的半橢圓球面體、橢圓邊框環(huán)和把手四部分體積組成，塑件厚度t=1.5mm。
橢圓環(huán)面的體積
V= t （Лab/4）= 1.5 x （3.14 x 205 x 130 ÷ 4）=31380.38mm
橢圓半球體體積：由于橢圓體積計算異常煩瑣，該橢圓半球近似半圓體，所以橢圓半球體積按正圓體公式計算。由于橢圓體積計算異常煩瑣半徑卻均值為40mm。體積略偏小，再適當增加即可。
V= 3/4 x Л x（40-38.5） ÷ 2 = 8164.05 mm
把手體積
V = 1.5 x 40 x 70 = 4200 mm
橢圓環(huán)面缺口體積：
V = t （Лab/4）= 1.5 x （3.14 x 85 x 70 ÷ 4）= 7006.13 mm
塑件的總體積為：
V = V+ V + V - V =36738.3 mm≈ 40 cm
B．塑件的質量
M = Vρ= 40 x 0.9 = 36 g
C．塑件的正投影面積：即為橢圓面的面積
S = Лab/4 = Л x 204 x 130 ÷ 4 =20818.2 mm≈ 210cm
2．塑件的成型方法
本塑件采用材料聚丙烯（PP），屬于熱塑性塑料，指定采用注射成型，故本塑件采用注射成型。
3.塑件成型的工藝參數
由塑件材料聚丙烯（PP）查表取工藝參數：
料筒溫度/℃： 后段160∽180 中段180∽200 前段200∽220
模具的溫度℃： 80∽90
注射壓力MPa： 70∽100
注射時間t/s： 20∽60
保壓時間t/s： 0∽3
冷卻時間t/s： 20∽90
總生產時間t/s： 50∽160
4．根據塑件的的計算重量或體積，選擇注射機的型號規(guī)格，確定型腔數。
A．注射機額定注射量m，由于沒有限定設備，所以每次注射量不超過最大注射量的80%，即： n = （0.8 m - m）/ m
式中 n — 型腔數 ；
m— 澆注系統(tǒng)重量（g）；
m — 塑件重量（g）；
m —— 注射機額定注射量（g）。
估算澆注系統(tǒng)體積V，根據澆注系統(tǒng)初步設計方案（下圖所示）進行估算。
V= 1/3 x 35 x Л（2 x2 + 2x3 + 3x3）= 700 mm≈ 1 cm
則澆注系統(tǒng)的塑料重量m= Vρ = 1 x 0.7 ≈ 1g
設n=1 ，則得
m =（ m+ m）/ 0.8 = （36+1）÷ 0.8 ≈ 50g
從計算結構，并根據塑料注射機技術規(guī)格，結合初步估算模具尺寸，選用SZ—100/60型注射機。
B．根據塑件精度，由于該塑件為瓶蓋，要求精度高，另外該塑件形狀復雜，尺寸較大，故采用單型腔 n=1。
綜上所述，本塑件的模具設計為一模一腔。
三．模具結構
模具的結構應能發(fā)揮成型設備的能力，最大限度地滿足塑件的工藝技術要求和生產經濟性要求，本塑件的模具結構從以下幾個方面分析。
1． 模具的分型面
分型面的選擇原則：
A． 便于塑件脫模，在開模時盡量使塑件留在動模內，應有利于側面分型和抽芯，應合理安排塑在型腔中的方位；
B． 考慮好保證塑件的外觀不遭損壞；
C． 盡力保證塑件尺寸的精度要求（如同心度等）；
D． 有利于排氣；
E． 盡量使模具加工方便。
根據以上分型面的選擇原則，本塑件模具的分型面選擇如下圖所示例：
草圖：
2． 型腔布置
本塑件由于采用單型腔，故沒有分流道，而直接有主流道連接澆口進行塑料的注射。
從塑件圖可以看到該塑件為中心對稱橢圓蓋，為了塑料澆注均勻、平衡，所以澆口的位置取在與塑件對稱中心軸線重合位置。（如下圖所示）
3． 澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)對注射成型周期和塑件質量都有直接影響，澆注系統(tǒng)的設計應遵循以下原則：
A． 在型腔布局方面給盡可能采用平衡式布置，以便平衡分流道；型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而產生溢料現象；型腔排列要盡可能緊湊，以減小模具外形尺寸；
B． 熱量及壓力損失要小，因此澆注系統(tǒng)流程應盡量短，斷面尺寸盡可能大，盡量減少彎折，表面粗糙度要低；
C． 確保均衡進料，即分流道盡可能采用平衡式布置；
D． 在滿足型腔充滿的前提下，塑料損耗要少；
E． 消除冷料，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量；
F． 避免塑件出現缺陷，避免熔體出現充填不足或塑件出現氣孔、縮孔、殘余應力、翹曲變形或尺寸偏差過大以及塑料流將嵌件沖壓位移或變形等各種成型不良現象；
G． 塑件外觀質量要好，做到去處修整澆口方便，澆口痕跡無損塑件的美觀和使用；
H． 盡可能使塑件不進行或少進行后加工，成型周期短，效率高；
I． 大多數熱塑性塑料熔體的假塑性行為特性，應予充分利用。
①．澆口的樣式及尺寸
本模具采用單型腔模成型，由前頁所述，采用主流道型澆口，塑料熔體直接流入型腔，這樣壓力損失小，進料速度快，成型容易；另外，傳遞壓力好，保壓補縮作用強，簡化模具結構，制造方便。
查SZ—100/60型注射機參數表，得：噴嘴口直徑 ф = 3.5mm；
塑件厚度 t = 1.5mm；
由經驗數據公式得：
澆口小端面直徑 d = ф + （0.5∽1.0） = 3.5 + 0.5 = 4mm
a = 2°∽ 6°， r = 1 ∽ 3 ， D=6mm ， L < 60;
本設計中，澆口由于結構限制，分為部分，兩部分之間有密封圈密封防止溢料。在定模板座部分澆口長20mm，在行腔板部分澆口（在型腔壁厚度校核后）長25mm，共長L = 45mm。為了便于加工，在定模座板和型腔板銜接棉初斷面尺寸直徑取5mm。
澆口設計樣式圖如下圖所示：
②．澆口套
澆口套一般為標準件，使用澆口套模具有利于安裝，更換方便，澆口套不用自己拋光，減少加工工序。
本設計中，澆口套的尺寸為直徑30mm，高23mm，其中套在定模座板上的肩臺直徑40mm，高5mm。澆口套與噴嘴配合的圓凹槽深3mm，直徑18mm。
4．溢流及排氣系統(tǒng)
① 溢流
模具設計時應注意防止設計缺陷而造成在塑件加工時有溢流現象的產生。
這是就要注意模具的表面精度是否合理，密封是否嚴密等。
② 排氣
在注射成型過程中，模具內除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體，這些氣體若不能順利排出，則可能因填充時氣體被壓縮而產生高溫，引起塑件局部炭化燒焦，或使塑件產生氣泡，或使塑料溶接不良而引起缺陷。
注射模的排氣方式，大多數情況下是利用模具分型面或配合間隙自然排氣。只有在特殊情況下采用開始排氣槽的排氣方式。
由本塑件的尺寸可以看出，塑件的厚度只有1.5mm，屬于薄壁件，另外塑件的正投影面積有208cm，限度塑件厚度來說，屬于大面積的的塑件，所以注射過程中，利用分型面自然排氣就可以達到排氣的效果，所以本設計不設計排氣結構。
5. 成型零件的設計與計算
塑料在成型加工過程中， 用來填充塑料熔體以成型制品的空間稱為型腔。而構成這個型腔的零件叫做成型零件。結合本設計的模具結構，成型零件包括凹模、凸模、型腔內外鑲件、近似半圓的橢圓型芯。
①.凸、凹模設計、尺寸計算及型腔的剛度強度校核
由于本塑件外形帶有橢圓形腔有突出圓環(huán)，以及形狀復雜的把手，所以該模具的凹模設計為鑲嵌式凹模，這樣凹模便于加工成型，局部損壞容易更換。
A． 型腔壁厚和底版厚度的計算
在注射成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應該具有足夠的強度和剛度。
型腔內鑲件側壁厚度s 按剛度條件計算得：
s ≥ r [（0.75rp+[δ]E）/ ([δ]E-1.25rp)]1/2 -1] = 40 x { [(0.75x40x30 + 2.1x10x0.03)÷(2.1x10x0.03 – 1.25x40x30)]1/2 - 1 } = 8.99
按強度條件計算:
s ≥ r {[[σ]/( [σ]-2p)]1/2 -1} = 40 x {[2500÷(2500-2x30)]1/2 - 1} = 0.49
由于型腔內鑲件其四周還有外鑲件過盈配合,綜合剛度和強度的校核結果, 型腔內鑲件策壁厚度取 s = 6mm.，外鑲件厚度為長、短軸分別為177、103和100、85組成的橢圓環(huán)。
由以上計算的結果，當s=15時為型腔內鑲件橢圓頂部的壁厚，那么型腔板的厚度為型腔深度35mm與壁厚15mm之和，為h = 50mm。
B． 動模型腔側壁厚度強度校核
按照注射成型模具型腔側壁厚度經驗公式 s = 0.2L + 0.17 = 204x0.2+0.17 = 40.97mm
側壁厚度S長、S 短按剛度條件校核分別得：
S長 = S 短 ≥ 1.15[ph/(E[δ])] = 1.15[30x1.5÷(2.1x10x0.03)] = 0.433mm
按強度條件計算:
S長 ≥ r{[[σ]/( [σ]-2p)] -1} = 102x{[2500÷(2500-2x30)] -1} = 1.246mm
S 短 ≥ r{[[σ]/( [σ]-2p)] -1} = 65x{[2500÷(2500-2x30)] -1} = 0.794mm
根據厚度尺寸和校核結構，側壁厚度s =40.97mm 合適，故本模具型腔側壁厚度 s =50mm，另外動模板厚度S也取 S =50 mm.
注：
E—模具材料的彈性模量（MPa），碳鋼為2.1x x10；
p—型腔壓力，一般取25∽40MPa，本設計計算中統(tǒng)一取 p = 30 MPa；
[δ]—剛度條件，即允許變形量（mm），查表[δ]=0.025∽0.04，本設計計算中統(tǒng)一取值
[δ] = 0.03；
[σ]—模具材料的許用壓力（MPa），一般合金模具鋼許用壓力為2100∽2800MPa，本設計計算中統(tǒng)一取值 [σ] = 2500MPa；
r—型腔半徑尺寸，由于本模具型腔為橢圓形，半徑取的是約值，或長、短軸分別計算；
②．凸、凹模尺寸計算
A．型腔內鑲件尺寸計算：
由于沒有說明塑件公差等級，查有關手冊查到該塑件的公差等級為IT4級，按照該精度查到長軸尺寸88、短軸尺寸73、和深度尺寸35的公差分別為0.01mm、0.008mm、0.007mm，所以三個尺寸分別標為880 -0.01mm、730 -0.008mm、350 -0.007 .
長、短軸徑向尺寸和深度計算，x = 3/4、x=2/3
L = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （88+88x0.02-3/4x0.01）+（1/4x0.01） 0 mm
= 89.7525+0.0025 0mm
≈90+0.003 0mm
L = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （73+73x0.02-3/4x0.008）+（1/4x0.008） 0 mm
=74.454+0.002 0 mm
≈74.5+0.002 0mm
H = （Hs+HsScp-xΔ）+δz 0 = （35+35x0.02-3/4x0.007）+（1/3x0.007） 0mm
= 35.69475+0.00233 0mm
≈35.70+0.002 0mm
型腔內鑲件簡圖如下：
B．型腔外鑲件尺寸計算：
按照精度IT4級查到長軸尺寸177mm相對橢圓環(huán)型腔為12mm、短軸尺寸103mm相對橢圓環(huán)型腔為12mm、和深度尺寸12的公差分別為0.012mm、0.01mm、0.005mm，所以三個尺寸分別標為177+0.012 0 mm、103+0.01 0 mm、12+0.005 0 mm.
長、短軸徑向尺寸和深度計算，x = 3/4、x=2/3
L = （Ls+LsScp+xΔ） 0 +δz = （177+12x0.02+0.75x0.012） 0 -（1/4x0.012）mm
=177.249 0 -0.003mm
≈177.200 -0.003mm
L = （Ls+LsScp+xΔ） 0 +δz = （103+12x0.02+0.75x0.01） 0 -（1/4x0.01）mm
=103.2475 0 +0.0025mm
≈103.200 +0.003mm
型腔外鑲件簡圖如下：
C．型腔板成型部位尺寸計算：
按照精度IT4級查到長軸尺寸180mm相對外鑲件為12mm、短軸尺寸106mm相對外鑲件為12mm、和深度尺寸12的公差分別為0.014mm、0.01mm、0.005mm，所以三個尺寸分別標為1800 -0.014mm、1060 -0.01mm、120 -0.005mm.
長、短軸徑向尺寸和深度計算，x = 3/4、x=2/3
L = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （180+12x0.02-3/4x0.014）+（1/4x0.014） 0 mm
= 180.2302+0.0035 0mm
≈180.20+0.004 0mm
型腔板成型部位型腔外鑲件簡圖如下：
L = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （106+12x0.02-3/4x0.01）+（1/4x0.01） 0mm
=106.2325+0.0025 0mm
≈106.20+0.003 0mm
H = （Hs+HsScp-xΔ）+δz 0 = （12+12x0.02-3/4x0.005）+（1/3x0.005） 0mm
=12.23625+0.00167 0 mm
≈12.20+0.002 0 mm
型腔內鑲件簡圖如下：
D．動模型腔尺寸計算：
按照精度IT4級查到長軸尺寸204mm、短軸尺寸130mm、和深度尺寸1.5mm的公差分別為0.014mm、0.012mm、0.003mm，所以三個尺寸分別標為2040 -0.014mm、1300 -0.012mm、1.50 -0.003mm.
長、短軸徑向尺寸和深度計算，x = 3/4、x=2/3
L = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （204+204x0.02-0.75x0.014）+（1/4x0.014） 0 mm
=208.0695+0.0035 0mm
≈208.00+0.004 0mm
L = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （130+130x0.02-0.75x0.012）+（1/4x0.012） 0mm
=132.591+0.003 0 mm
≈132.60+0.003 0 mm
H = （Hs+HsScp-xΔ）+δz 0 = （1.5+1.5x0.02-0.75x0.003）+（1/3x0.003） 0mm
=1.52775+0.001 0mm
≈1.53+0.001 0mm
動模型腔簡圖如下：
E．半橢圓球型芯尺寸計算
按照精度IT4級查到長軸尺寸85mm，短軸尺寸70mm，和成型所需高度尺寸35mm的公差分別為0.010mm、0.008mm、0.007mm，所以三個尺寸分別標為85+0.010 0 mm、70+0.008 0 mm、35+0.007 0 mm.
A．長、短軸徑向尺寸和深度計算，x = 3/4、x=2/3
L = （Ls+LsScp+xΔ） 0 +δz = （85+85x0.02+0.75x0.010） 0 -（1/4x0.010）mm
=86.7075 0 -0.0025mm
≈86.700 -0.003mm
L = （Ls+LsScp+xΔ） 0 +δz = （70+70x0.02+0.75x0.008） 0 -（1/4x0.008）mm
=71.406 0 +0.002mm
≈71.40 0 -0.002mm
L = （Ls+LsScp+xΔ） 0 -δz = （35+35x0.02+3/4x0.007 0 -（1/4x0.0007）mm
=35.70525 0 -0.00175mm
≈35.70 0 -0.002mm
B．手柄成型部位尺寸計算
按照精度IT4級查到手柄尺寸寬18mm、尺寸和高度尺寸15mm的公差均為0.005mm，所以兩個尺寸分別標為180 -0.005mm、150 -0.005mm。
寬度和高度的尺寸計算中，x = 3/4、x=2/3
L = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （18+18x0.02-0.75x0.005）+（1/4x0.005） 0 mm
=18.35625+0.00125 0mm
≈18.36+0.001 0mm
H = （Ls+LsScp-xΔ）+δz 0 = （15+15x0.02-0.75x0.005）+（1/4x0.005） 0mm
=15.29625+0.00125 0 mm
≈15.30+0.001 0 mm
半橢圓球型芯簡圖如下：
注：
Scp—塑料平均收縮率，聚丙烯塑料的平均收縮率為1.0%∽2.5%，本設計計算中，塑料平均收縮率統(tǒng)一取 Scp = 2.0% = 0.02；
Δ—塑件公差；
X—修正系數，一般為1/2∽3/4，公差值大取小值，對中小型塑件一般取3/4，本設計的計算中，修正系數統(tǒng)一取x = 3/4；
x—修正系數，一般為1/2∽2/3，當制品尺寸較大、精度比較低時取小值，反之取大值，本設計的計算中，修正系數統(tǒng)一取x= 2/3；
Lm—型腔或型芯徑向尺寸（mm）；
Hm—型腔深度 （mm）；
Ls—塑件外形基本尺寸 （mm）；
Hs—塑件高度基本尺寸 （mm）；
③．動模墊板厚度
按照注射成型模具動模墊板厚度經驗公式計算 h = 0.12L = 0.12 x 204 = 24.48 mm
故：動模墊板厚度h = 25 mm.
④．矩形型芯的尺寸
動模板厚 S = 40mm，動模墊板厚 h = 25mm，已經把手的外形尺寸可以得到矩形型芯的尺寸：
高度 H = 40 + 25 + 12 = 77mm
厚度 h = 18mm
按照精度IT4級查到塑件長、寬尺寸18mm、15mm、和深度尺寸12的公差均為0.005mm，所以三個尺寸分別標為18+0.005 0 mm、15+0.005 0 mm、12+0.005 0 mm.
長、寬徑向尺寸和深度計算，x = 3/4、x=2/3
L = （L+ LScp+xΔ） 0 +δz = （18+18x0.02+0.75x0.005） 0 -（1/4x0.005）mm
=18.363 0 -0.00125mm
≈18.40 0 -0.001mm
L = （L+ LScp+xΔ） 0 +δz = （15+15x0.02+0.75x0.005） 0 -（1/4x0.005）mm
=15.303 0 -0.00125mm
≈15.30 0 -0.001mm
H = （H+ HScp+xΔ） 0 +δz = （12+12x0.02+0.67x0.005） 0 -（1/3x0.005）mm
= 12.24335 0 -0.00167 mm
≈ 12.200 -0.002 mm
矩形型芯簡圖如下：
6． 脫模方式及其脫出機構的設計
脫模機構設計原則：
A． 結構可靠：機械的運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強度。
B． 保證塑件不變形、不損壞。
C． 保證塑件外觀良好。
D． 盡量使塑件留在動模一邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作。
①． 脫模力的計算
脫模力是指塑件從型芯上脫出時所需克服的阻力。
本模具設計為兩次脫模，第一次是將芯軸頂離動模板，使半球型芯有回轉余地，第二次是頂桿前移而拉桿不動，拉桿相對芯軸產生一個力矩，實現半球型芯的回轉脫模，有限位支柱限制副頂板移動，這個過程芯軸相對頂桿為浮動，所以將拉桿設計成擺動形式。
A． 第一次頂出脫模力的計算
塑件包緊型芯的側面積A （mm）：
A = hC = 1.5 x Л[1.5（a+b）-srp（ab）]
= 1.5 x 3.14x[1.5x（204+130）-srp（204x130）]
= 1592.688 mm
≈1600 mm
F = p·A = 8 x 1600 = 12800 N
F = F（f·cosa-sina）= 12800 x （0.5x1 – 0）= 6400 N
F = 0.1A = 0.1 x 1600 = 160 N
總脫模力F的結果為：
F = F + F = 6400 + 160 = 6560 N ≈ 7000 N
B． 第二次頂出脫模力的計算
塑件包緊型芯的側面積（近似橢圓，按照半徑40的球計算）A （mm）：
A = 4ЛR/2 =4 x 3.14 x 40÷ 2 = 10048 mm
F = p·A = 8 x 10048 = 80384 N
F = F（f·cosa-sina）= 80384 x （0.5x1 – 0）= 40192 N
F = 0.1A = 0.1 x 10048 = 1004.8 N
總脫模力F的結果為：
F = F + F = 40192 + 1004.8 = 41196.8 N ≈ 42000 N
C． 矩形型芯脫模力計算
F = 8tEεLcosф（f-tgф）/[（1-μ）K] + 10B = 8x1.5x1.65x10x0.02x15xcos1x（0.1-tg1）÷[（1-0.43）x1.0087] + 10x3 = 5014.50 N
②． 頂桿的尺寸、校核
A．頂桿的位移尺寸
設計橢圓型芯在合模沒有頂出時在動模板以下 5mm，頂桿頂出后在動模板以上10mm.
根據橢圓型芯的位移距離，可以得到頂桿位移的第一個階段的距離為 L = 15mm.
當頂桿第一階段頂出完成后，第二階段的頂出是為了橢圓型芯旋轉出橢圓型腔。
如上圖所示：
L = L’ 1 ，當L旋轉到L’ 1狀態(tài)時，橢圓型芯完全旋轉出型腔，L= L – 35 = sprt（42+ 35） - 35 = 20mm；
所以當橢圓型芯完全旋轉出橢圓型腔頂桿需再頂出 L = 24x20÷42 = 11.428mm ≈ 12mm.
所以頂桿的位移總量為 L = L+ L = 15 + 12 = 27 mm.同時得到頂桿固定板到托板之間的距離為 h = L = 27mm.
有上可得，頂桿的長度為頂桿固定板與托板的間距27mm，墊板厚25mm，托板厚40mm，和動模板厚40mm之和，減去頂桿在動模板以下的5mm.
頂桿總長度 L = 27 + 25 + 40 + 40 – 5 = 127mm
B.頂桿的尺寸確定和校核
當設計使用2根頂桿的來頂出脫模的時，假設頂桿為圓形件，先求直徑；
d= [L F/（nE）] = [127x （7000+5000）÷（2x2.1x10）] = 4.65mm
若用d=5mm的直徑頂桿,材料為45#鋼，校核如下：
σ = [4 F/（nЛd）] = [4x7000 ÷ （2x3.14x5）] = 178.34 MPa < 320MPa
所以當頂桿d=5mm時，符合要求。但是為了工作平穩(wěn)，頂桿不取圓柱形，結合d=5mm尺寸，頂桿去厚度5mm，寬度10mm的圓頭矩形。
③.拉桿的尺寸和結構
由于本模具的脫模過程中，第一次脫模時，用拉桿將芯軸頂離動模板，使半橢圓球型型芯有回轉余地，這是完成第二次脫模時，頂桿前移而拉桿就不動，拉桿相對芯軸產生一個力矩，實現半橢圓球型芯的回轉脫模，當拉桿頂芯軸的時候，即同頂桿的頂出量相同，也是15mm后，由限位支柱限制副頂板移動，這個過程中，芯軸相對頂桿為浮動，所以就將拉桿設計為擺動形式。
A．根據上述的拉桿工作原理和過程，計算了拉桿的外形尺寸：
假設拉桿為圓柱件，先求其直徑，已知設計的拉桿數目為2根。
根據公式和拉桿數目得
d = sprt[2F/（Л[σ]）] = sprt[2x42000÷（3.14x2500）]
= 6.68
參考假設值d = 6.68的結果，為了半橢圓型芯在脫模過程中，旋轉時能夠平穩(wěn)，采用圓頭矩形，厚度為7mm，寬度為30mm。
B．由于拉桿的結構為擺動形式，所以拉桿就有銷軸連接的兩部分組成，連接部分設計為齒形連接。由于拉桿和頂桿結構相似，有頂桿的尺寸計算結構結合拉桿本身在模具結構中的位置，拉桿和拉桿座的總長度為163mm，其中固定在副頂板一端的拉桿座長度為63mm，連接芯軸的一段拉桿座長為100mm，另加連接部分為7mm，共107mm。
C．連接部分拉桿和欄桿座均為直徑7的半圓，欄桿部分有2個，寬度為7，欄桿座部分有3個，寬度為5mm，交錯連接，并有軸銷定位。
綜合拉桿擺動時受力情況和尺寸，軸銷選用直徑ф3，長30mm，其中螺紋長6mm。
拉桿及拉桿座連接草圖如下：
④．杠桿復位機構
為了避免合模時橢圓半球型芯與型腔內鑲件接觸造成檫傷，設計采用杠桿和楔桿使頂出系統(tǒng)先復位。
A．杠桿
由杠桿的作用和其在整套模具機構尺寸得到，杠桿在使頂出系統(tǒng)復位的過程中，頂出系統(tǒng)的位移量限制在27mm以下，所以杠桿的一般一半長應為27mm加上軸銷固定部分主頂板厚度的一半12mm，故杠桿的一半長為39mm，但是當一半長恰好為39mm時，杠桿就會和托板和主頂板相互垂直而造成“頂死”現象就不能繼續(xù)工作，嚴重還會損壞模具，所以半長應大于39mm，設計開模厚杠桿和托板的夾角為60°，計算杠桿半長 L = 39 /sin60 = 45.03mm，故取杠桿的半長L=45mm.
與楔桿相互作用的一半杠桿，轉動范圍只有主頂板厚度的一半12mm，加上副頂板厚度24mm，為36mm，當杠桿與動模座板夾角60°時，杠桿長41.56mm，取L=45mm。
杠桿在使頂出系統(tǒng)復位時，模具空載，復位力很小，故杠桿尺寸不必校核，根據模具整體尺寸比較，杠桿選用圓頭矩形，厚、寬均為10mm，長度經前面計算L = L +L = 85mm.
B．楔桿
楔桿的作用是撥動杠桿，由于杠桿復位所需力不大，所以楔桿受力也不大，又有擋塊導向，所以楔桿強度也可不必校核，尺寸根據整套模具結構選用適當即可。
為了楔桿完全與杠桿端面重合使工作平穩(wěn)，楔桿一頭為楔形并倒圓角，厚、寬均為10mm。
楔桿若能正常工作，長度應該大于 235mm，小于250mm，本設計楔桿長度為 L = 240mm.
C．楔桿與杠桿中心的間距
為了杠桿和楔桿能順利工作，經計算，當楔桿與杠桿完全作用，杠桿能將頂出系統(tǒng)完全復位成60°左右時，杠桿軸銷中心到楔桿中心的間距為 S = 30mm. 杠桿軸銷中心到主頂板邊緣的距離為25mm。
D． 軸銷
綜合杠桿和楔桿的受力情況和尺寸，軸銷選用直徑ф8，長29.5mm，其中螺紋長7mm。
軸銷草圖如下：
⑤．限位螺釘及彈簧的確定
限位螺釘和彈簧的作用是當成型部位的矩形型芯滑動的時候限制和先行復位。
A．限位螺釘
根據矩形型芯的外形尺寸18x70x75.5mm，選定標準件ф8的螺釘，其中限位螺釘的長度L=48mm。
b．彈簧參數的確定
由型芯復位時所需的里僅為矩形型芯和行腔板、托板之間的摩擦阻力所以所需力很小，彈簧受力大小可以忽略，彈簧的參數適當即可，設計彈簧數為n=3。
參照托板間預留的間隙15mm和限位螺釘的直徑為8mm，選取彈簧的規(guī)格為：
d = 1mm，D=10mm，t = 4.94mm，極限工作負荷Fj=35.2mm，彈簧高h=21mm。
彈簧尺寸簡圖如下：
⑥．限位支柱的尺寸為固定位置確定
限位支柱的作用是當拉桿移動到指定為位置時，限制連接拉桿的副頂板在繼續(xù)前移以達到順利脫模的目的。
A．限位支柱在模具中不受外力作用，由上、下不同直徑的圓柱構成。在脫模的過程中，拉桿上下位移的總量為15mm，所以限位支柱就是限制副頂板超過該距離，根據模具的尺寸結構得到副頂板到限位支柱的“臺階”處，也就是限制副頂板運動的地方的距離為15mm。由此可以可以得到不同直徑的限位支柱兩段的長度分別為大直徑段長36mm，小直徑段長39mm。
B．大直徑段的直徑定為20mm，小直徑段的直徑定為16mm。
C．限位支柱有兩頭各有一個直徑4mm，高4mm的圓柱臺定位，以使限位支柱固定。
D．限位支柱共4個，尺寸相同。限位支柱的中心線到頂板的邊界的距離分別是42mm和50mm，其中離靠支撐條一邊的距離為42mm。
限位支柱樣式簡圖：
⑦．主頂板與副頂版所用螺釘的選取和固定位置確定
A．主頂板和副頂板托板的固定均選用ф5的標準內六角圓柱螺釘，螺釘長度為15mm。
B．主頂板的托板固定和副頂板的托板固定均使用6個螺釘。
C．固定螺釘中心到各頂板的邊距為15mm和43mm，其中43mm為螺釘到靠杠桿槽的一邊的邊距。
⑦．托板、擋塊和墊板的尺寸確定
A．由⑤的選定中，限位螺釘和彈簧的尺寸預定托板的厚度為40mm。
B．擋塊是楔桿工作過程中，導正楔桿導向的裝置，楔桿由于要撥動杠桿，所以擋塊一定程度上也受楔桿徑向作用力，也可以做為保護楔桿的作用。
楔桿的寬度為10mm，每個擋塊由2個ф6的螺釘與脫板固定，所以確定擋塊的寬度為30mm，厚度20mm。
C．墊板和矩形型芯過盈配合并且有限位螺釘連接，為了矩形型芯固定的穩(wěn)定和限位螺釘的緊固，墊板的厚度定為25mm。
7．冷卻系統(tǒng)
塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響塑料的充模、定型、成型周期和塑件質量。所以模具上需要設置溫度調節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求，溫度調節(jié)系統(tǒng)又可分為冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)兩類。
冷卻系統(tǒng)設計原則：
A．盡量保證塑料收縮均勻，維持模具的熱平衡；
B．冷月水孔的數量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越均勻；
C．進可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等；
D．澆口處加強冷卻；
E．應降低進水與出水的溫差，使進水與出水的溫差不大于5℃；
F．合理選擇冷卻水道形式和確定冷卻水管接頭位置；
G．冷卻誰管道盡量避免與模具上其他機構發(fā)生干涉現象，冷水管道進出接頭應埋入模板內。
查表得到材料聚丙烯（PP）的成型溫度Ts、模具溫度Tm和脫模溫度Te的參數分別為：Ts = 160∽260℃ 、Tm = 40∽60℃、Te = 60∽100℃.
冷卻介質有冷卻水和壓縮空氣，由于水的熱容量大，傳熱系數大，成本低，所以本模具也設計使用冷卻水達到冷卻目的。
（1）.冷卻系統(tǒng)
①．計算單位時間內從型腔散發(fā)的總熱量
A．每次需要的注射量（Kg）
G = nG + G = 1 x 0.036 + 0.001 = 0.037Kg
B．確定生產周期（s）
查塑料成型參數表得：生產周期 t = 50 ∽ 160 s ；
本設計去生產周期 t = 120s.
C．聚丙烯單位熱流量Qs （KJ/Kg）
查塑料性質參數表得：熱流量Qs = 586 KJ/Kg.
D．每小時需要注射的次數（N/次）
N = 3600/t = 3600 ÷ 120 = 30次
E．每小時的注射量 （Kg/h）
W = N·G = 30 x 0.037 = 1.11 Kg/h
求從型腔內發(fā)出的總熱量 （KJ/h）
Q = N·G·Qs = 30 x 0.037 x 586 = 650.46 KJ/h
②．求模具表面空氣對流所散去的熱量Q .
A．自然對流時的傳熱系數a，單位為 W/（m·K）
當0℃ < Tav < 300℃ 時，計算系數ξ，按如下經驗公式計算：
ξ= 1.163[0.25 + 360/（Tav+300）] = 1.163 x [0.25 + 360÷（90+300）]
= 1.364；
∴ a =ξ（Tav – Tr）1/3 = 1.364 x （90 – 25）1/3 = 5.484 W/（m·K）
式中Tav 、Tr分別為模具平均溫度和室溫，查表分別取Tav=90℃和Tr=25℃.
B．能夠發(fā)生對流的模具表面積，單位為m.
模具整體長、寬、高約300mm、200mm、300mm，加上凸、凹面等，所以模具四周與空氣接觸的側表面積 Amc ≈ 0.55 m.
分型面的面積 Amf ≈ 0.06m
型腔的表面積 Am = 1.5L + 4Лr+ 4ab/4 -Лr= 1.5x507.23 + 4x3.14x40= 27434.23mm ≈ 0.0274m.其中L為橢圓周長L≈Л[1.5（a+b）-sprt（ab）]，r為橢圓半球近似球形的半徑，a、b分別為橢圓的長軸和短軸。
開模率 ν=[t-（t+t）]/t = [120 - （25+25）] ÷120 = 0.583；其中t為注射成型周期，即總生產周期t=120s，t、t分別為注射時間和冷卻時間，查塑料注射成型參數表，t=20∽60s，t=20∽90s，設計模具的注射時間和冷卻時間均為25s；
∴ A = Amc + （Amf + Am）ν = 0.55 + （0.06 + 0.0274）x 0.583 ≈ 0.626 m.
綜合A.B兩點計算結果得：
Q = 3.6aA（Tav – Tr） = 3.6 x 5.484 x 0.626 x （90 – 25）= 802.035 KJ/h
③．綜合①、②的計算結果比較Q < Q ,即模具型腔發(fā)出的總熱量Q小于模具表面空氣對流所散去的熱量Q ，所以，本設計的模具結構中不設置冷卻裝置，采用自然冷卻。
8．合模導向機構的設計
為了保證注射模準確合模和開模，在注射模中必須設置導向機構。導向機構的作用是導向、定位以及承受一定的側向壓力。導向機構的形式主要有導柱導向和錐面導向。
由于本模具生產的塑件為瓶蓋，精度要求高，所以設計導柱成導套配合，可以達到精度高，生產批量大的目的，同時設計導柱和導套要符合以下幾點：
A．導柱應合理地均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具外緣應有足夠的距離，以保證模具強度；
B．導柱的長度應比型芯（凸模）端面的高度高出6∽8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞；
C．導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度，常用20#低碳鋼經滲碳0.5∽0.8mm，淬火48∽55HRC，也可以采用T8A或T10碳素工具鋼，經淬火處理；
D．為了使導柱能順利進入導套、導柱端面應做成錐形或半球形，導套的前端也應倒角；
E．導柱設在動模一側可以保護型芯不受損傷，而設在定模一側則便于順利脫模取出塑件，因此可根據需要而決定裝配方式；
F．除了動模、定模之間設導柱、導套外，一般還在動模座板與推板之間設置導柱和導套，以保證推出機構的正常正常運動；
G．導柱的直徑應根據模具的大小而決定，可參考標準模架數據選取。
①．導柱
參照經驗，本模具屬于中小型模具，其導柱直徑越為模板兩直角邊之和的1/20∽1/35。本模具兩直角邊之和約為S≈（300+200）=500，按照1/25的標準計算得導柱的直徑為ф20，根據國標和參考標準模架，導柱的直徑確定為ф20.
導柱的形式為有肩導柱，開設油槽，內存潤滑油，既可以與另一模板配合起定位作用，有定位銷效果，還可以減小導柱導向的摩擦。
導柱還支撐模板的重量，所以ф20導柱直徑按下式校核：
d = [64ωL/（3EЛδ）]1/4 = [64x1000x130÷（3x2.1x10x1）]1/4 = 21.73mm
校核ф20導柱直徑不合格，根據國標和參考標準模架，導柱的直徑更改后確定為ф22.
導柱簡圖如下：
②．導套
參考導套的形式及特點，本模具設計采用帶頭導套，到頭導套的尾部可以與另一模板配合起定位作用，可以省去定位銷的效果；帶頭導柱軸向固定容易，可以防止拔出而不用另設防拔出機構。
導套壁厚通常在3∽10mm，視內孔大小而定，大者取大值。根據ф22導柱的孔來看，導套壁厚取d=5mm.
導套簡圖如下：
③．導柱與導套的配合及布置
A．導柱工作部分長度比型芯端面高度高出7mm；
B．導柱工作部分的配合精度采用H/f；導柱固定部分配合精度采取H/k；導套外徑的配合精度采取H/k；配合長度通常采取培植直徑的1.5∽2倍，既35mm，其余部分可以擴充孔，以減小摩擦，并降低加工難度；
C．導柱與導套的材料選用T10碳素工具鋼，淬火處理硬度到達HRC48∽55；導柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4，固定部分Ra0.8；導套內外圓柱面表面粗糙度去Ra0.8。
D．導柱頭部制成圓頭形；導套的前端倒角，倒角半徑為2mm；
E．本模具的橢圓型芯最容易受損，從保護型芯不受損壞來設計，導柱設在動模一邊；
F．導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上，通常導柱中心至模具外緣至少有一個導柱直徑的厚度，或設在長邊離中心線的1/3處最為安全，綜合考慮本模具尺寸導柱設在離模具邊緣28mm處，導柱采用等直徑不對稱的布置方式。
導柱布置圖如下所示：
總上所述與計算個零件的尺寸，支撐條的高度為主、副頂板的厚度加上主頂板的運動間隙27mm，計算可得高度H = 75mm。
由導柱的尺寸直徑d=22mm，為了使導柱中心到支撐條壁邊緣的距離大與導柱直徑而保安全，故支撐條的厚度T = 56mm。
支撐條的長度與型腔板等的寬度相等均為242mm。
9、模具裝配圖
①．
1—動模板 2—導柱 3—軸銷 4—杠桿 5—托板 6—螺釘 7—拉桿 8—托板 9—頂桿 10—限位支柱 11——主頂板 12——副頂板 13—螺栓 14——軸銷 15—限位螺釘 16—墊板 17—矩形型芯 18—半球型芯 19—塑件 20—型腔內鑲件 21—型腔外鑲件 22—定位螺栓 23—定模座板 24—定位圈 25—澆口套 26—澆口 27—導套 28—油槽 29—型腔板 30—楔桿 31—螺釘 32—擋塊 33—杠桿 34—軸銷 35—彈簧
②．工作原理
A．為橢圓形瓶蓋，制品把手的下空部位近似于半圓形，脫模時成型該部位的半球型芯以弧形軌跡抽出，整個脫模過程采取了二次頂出，第一次是將芯軸頂離動模板，使半球型芯