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畢業(yè)設計（論文）
說明書
題目名稱： 帶提手的桶蓋注塑模設計
院系名稱： 機電學院
班 級： 機自073班
學 號： 200600314327
學生姓名： 張軍超
指導教師： 胡 敏
2011 年5月
中原工學院畢業(yè)設計(論文)說明書
摘 要
模具制造技術迅速發(fā)展，已成為現代制造技術的重要組成部分。如模具的CAD/CAM技術，模具的激光快速成型技術，模具的精密成形技術，模具的超精密加工技術。
本設計介紹了該注塑模具的設計與制造方法。該注射模采用了一模一腔的結構，其中的設計內容有塑件的工藝性分析、塑件的體積和質量計算及注射機參數的確定；結構設計：分型面選擇、型腔數確定、型腔的排列方式、澆口設計、側向分型抽芯機構設計、推出及復位機構方式確定；型芯、型腔尺寸計算；模具加熱和冷卻系統計算；模具閉合高度確定；注射機有關參數的校核；如此設計出的結構可確保模具工作運用可靠。最后對模具結構與注射機的匹配進行了校核。并用autoCAD繪制了一套模具裝配圖和零件圖。
關鍵詞：塑料 注射模具 側向抽芯
Abstract
The?die making technology rapidly expand, has become the modern technique of??manufacture?the?important?component.?For?example,?mold's?CAD/CAM?technology, mold's laser fast formation technology, mold's precise form technology, mold's ultra precision sizing technology.
This design introduced the injected mold's design and the manufacture method. This injection mold has used 1 mold 1 cavity structures. which is designed as part of the craft-oriented establishment : Plastic Parts of the Process Analysis, Plastic Parts of the size and quality of calculation and the injection parameters set; Structural design : Surface choice cavity determination, Cavity the arrangement, gate design, lateral type pulling mechanism design, launch and reattached body identified; Core, Cavity size calculation; Die heating and cooling system computation; Mold closing high set; Injection machine parameters in the verification; The design of such a structure can be used to ensure reliable die. Finally, the injection mold structure and the matching machine was calibrated. Using a set of auto mapping mold parts and assembly plans.
Key word: Plastic injection mold side core
目錄
1 引言……………………………………………………………………………（1）
2 注塑件的分析…………………………………………………………………（2）
2.1注塑件零件圖……………………………………………………………（2）
2.2 HDPE塑料概述 …………………………………………………………（2）
2.3 HDPE收縮率的確定 ……………………………………………………（3）
2.4 塑件的尺寸精度及表面質量……………………………………………（4）
2.5塑結構分析 ……………………………………………………………（5）
3 注塑成型參數確定……………………………………………………………（6）
3.1 注塑成型的工藝參數……………………………………………………（6）
3.2 注塑機的選擇……………………………………………………………（7）
3.3 模具在注塑機上的安裝尺寸校核………………………………………（8）
4 分型面的確定及行腔數目的定………………………………………………（10）
4.1 分型面的確定…………………………………………………………（10）
4.1.1分型面的選擇原則………………………………………………（10）
4.1.2分型面的形式……………………………………………………（11）
4.1.3分型面的設計……………………………………………………（11）
4.2行腔數目的確定…………………………………………………………（11）
4.2.1初步確定行腔數目………………………………………………（11）
4.2.2根據最大注塑量確定行腔數目…………………………………（12）
5 澆注系統的設計………………………………………………………………（13）
5.1交流道設計………………………………………………………………（13）
5.2分流道的設計……………………………………………………………（14）
5.3澆口設計…………………………………………………………………（14）
5.4冷料穴的設計……………………………………………………………（15）
6 模具材料的選擇及模架的確定………………………………………………（16）
6.1模具材料的選擇…………………………………………………………（16）
6.2模架的確定………………………………………………………………（17）
6.2.1模架的確定………………………………………………………（17）
6.2.2模架的選用………………………………………………………（18）
7 確定主要零件結構設計………………………………………………………（19）
7.1成型零件工作尺寸計算…………………………………………………（19）
7.1.1成型零件尺寸計算的基本內容…………………………………（20）
7.1.2行腔、型芯工作尺寸計算…………………………………………（20）
7.2斜導柱抽芯機構設計……………………………………………………（21）
7.2.1斜導柱的設計……………………………………………………（21）
7.2.2滑塊的組合形式…………………………………………………（22）
7.2.3各項尺寸計算與校核……………………………………………（22）
7.3脫模機構設計……………………………………………………………（22）
7.4導向機構的設計…………………………………………………………（23）
7.4.1導柱的設計………………………………………………………（24）
7.4.2導套的設計………………………………………………………（24）
7.5頂出機構的設計…………………………………………………………（24）
8 冷卻系統的設計………………………………………………………………（24）
8.1 溫度調節(jié)對塑件的影響………………………………………………（24）
8.2 對溫度調節(jié)系統要求…………………………………………………（25）
8.3 冷卻系統的設計………………………………………………………（25）
9 模具排氣槽的設計……………………………………………………………（26）
10 proe參數化設計……………………………………………………………（26）
11 緒論…………………………………………………………………………（28）
12 參考文獻……………………………………………………………………（29）
13 致謝…………………………………………………………………………（30）
14 附錄…………………………………………………………………………（32）
附錄一 塑料制品的公差數值表………………………………………（31）
附錄二 常用液壓機的技術參數………………………………………（32）
附錄三 部分國產常用注射機的主要技術參數………………………（33）
- 33 -
1 引 言
20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。
中國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經了半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產照相機塑料件模具，多形腔小模數齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。
本次畢業(yè)設計的題目是帶提手的桶蓋注塑模具設計。本課題給出帶提手的桶蓋注塑模塑件圖，要求做出生產此塑件的模具。要完成此課題，首先要根據塑件的外形測繪出創(chuàng)建這個塑件的3D所需要的各個參數。用3D軟件所這個塑件做出來，并按要求把它的零件圖畫出來。最后再用CAD的方法把加工此塑件的模具給做出來。
2 注塑件的分析
2.1 注塑件零件圖
塑件零件圖：如圖2-1所示
年產量：小批量
材料：HDPE
圖2-1 注塑件零件圖
2.2 HDPE塑料概述
高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，簡稱為“HDPE”），是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態(tài)HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優(yōu)良的耐大多數生活和工業(yè)用化學品的特性。某些種類的化學品會產生化學腐蝕，例如腐蝕性氧化劑（濃硝酸），芳香烴（二甲苯）和鹵化烴 （四氯化碳）。該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。HDPE具有很好的電性能，特別是絕緣介電強度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。
各種等級HDPE的獨有特性是四種基本變量的適當結合：密度、分子量、分子量分布和添加劑。不同的催化劑被用于生產定制特殊性能聚合物。這些變量相結合生產出不同用途的HDPE品級；在性能上達到最佳的平衡。這是決定HDPE特性的主要變量，雖然被提到的4種變量確實起到相互影響作用。乙烯是聚乙烯主要原料，少數的其它共聚單體，如1一丁烯、l一己烯或1一辛烯，也經常用于改進聚合物性能，對HDPE，以上少數單體的含量一般不超過1％－2％。共聚單體的加入輕微地減小了聚合物的結晶度。這種改變一般由密度來衡量，密度與結晶率呈線性關系。美國一般分類按ASTM D1248規(guī)定， HDPE的密度在 0．940g／cm以上；中密度聚乙烯（MDPE）密度范圍0．926～0．940g／cm。其它分類法有時把MDPE歸類于HDPE或LLDPE。均聚物具有最高密度、最大的剛度，良好的防滲透性和最高的熔點，但一般具有很差抗環(huán)境應力開裂（ESCR）。ESCR是PE抗由機械或化學應力所引起的開裂性的能力。更高的密度一般改進了機械強度性，例如拉伸強度、剛度和硬度；熱性能如軟化點溫度和熱變形溫度；防滲透性，如透氣性或水蒸氣透過性。較低的密度改進其沖擊強度和E－SCR。聚合物密度主要是受共聚單體加入的影響，但較少程度也受分子量影響。高分子量百分數使密度略有降低。例如，在一個較寬分子量范圍內均聚物具有不同的密度。
2.3 HDPE收縮率的確定
由于影響收縮率的因素較多中，在選取收縮率時應根據塑件的具體情況區(qū)別對待，一般來說應遵循以下原則：
1） 對收縮率范圍較小的塑料，取平均收縮率；
2） 對收縮率范圍較大的塑料，可根據塑件的形狀選取。對壁厚的制品取上限，對壁薄的制品取下限；
3） 應考慮注射成型中的工藝對收縮率的影響（注射壓力越高，收縮率越?。蛔⑸錅囟仍礁?，收縮率越大；注射時間越短，收縮率越大）；
4） 當塑料的收縮率很大時，可根據有關的圖表選取。
由表2-2查出HDPE的收縮率為：1.5%-3.5%，根據收縮率選取的原則確定HDPE的收縮率為2%。
表2-2 常用塑料收縮率
塑料名稱
收縮率范圍（%）
塑料名稱
收縮率范圍（%）
聚苯乙烯
0.5-0.8
聚碳酸酯
0.5-0.8
聚砜
0.4-0.8
ABS
0.3-0.8
聚甲基丙烯酸甲酯
0.5-0.7
氯化聚醚
0.4-0.6
有機玻璃
0.5-0.9
注射酚醛
1-1.2
聚苯醚
0.5-1
HDPE
1.5-3.5
2.4 塑件的尺寸精度及表面質量
（1）尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質量的首要標準，然而在滿足塑件使用要求的前提下，設計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。該塑件尺寸中等，整體結構較簡單.多數都為曲面特征，尺寸精度要求相對較低，表面粗糙度要求一般，再結合其材料性能，故選一般精度等級：6級。
（2）尺寸精度的組成及影響因素
制品尺寸誤差構成為：
=+++ （2-1）
式中 ——制件總的成型誤差；
——塑料收縮率波動所引起的誤差；
——模具磨損后所引起的誤差；
——模具成型零件制造精度所引起的誤差；
——模具安裝，配合間隙引起的誤差；
影響塑料制品尺寸精度的因素比較復雜，歸納有以下三個方面：
1）模具——模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。
2）塑料材料——主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。
3）成型工藝——成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。
2.5 塑件結構分析
圖2-2 塑件三維圖
上圖是本課題給出帶提手的桶蓋注塑模的塑件，要求做出生產此塑件的模具。要完成此課題，首先要根據塑件的外形測繪出創(chuàng)建這個塑件的3D所需要的各個參數。用3D軟件所這個塑件做出來，并按要求把它的零件圖畫出來，最后再用CAD的方法把加工此塑件的模具給做出來。下面對該塑件進行結構分析：
當在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內側或外側有孔、凹穴或凸臺時，塑件就不能直接由推桿等推出機構推出脫模，此時，模具上成型該處的零件必須制成可側向移動的活動型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側向成型零件抽出，然后在把塑件從模內推出，否則就無法脫模。由這個塑件結構的分析可知，要把這個塑件生產出來必須要有斜導柱側抽。
螺紋提手桶蓋成型后需要脫模機構，在這里我們采用油缸帶動齒條齒輪脫模，分模后，注塑機啟動液壓機構使油缸帶動齒條運動。
為了滿足制品表面光滑的要求與提高成型效率采用側澆口。該澆口的分流道位于模具的分型面處，澆口開設在模具的型腔處，從塑料件側面進料，因而塑件外表面受損傷比較小，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質量與美觀效果。
3 注塑成型參數確定
3.1 注塑成型工藝參數
正確的注射成形工藝可以保證塑料熔體良好塑化，順利充模、冷卻與定型，從而產出合格的塑料制作。溫度、壓力和時間是影響塑件注射成形的重要參數。
1）溫度
注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現象”；模具溫度一般通過冷卻系統來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。對于模具的溫度，在現實生產中有兩種方法來保證：火焰加熱和通過打塑件來提高模具的溫度。ABS料與溫度的經驗數據如表3-1所示。
2）壓力
注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力（塑化壓力）。注射壓力指柱塞或螺桿頂部對塑料熔體所施加的壓力。其作用是克服熔體流動充模過程中的流動阻力，使熔體具有一定的充模速率及對熔體進行壓實。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關。對于流動性好的料，保壓力應該小些，以避免產生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據生產經驗，背壓的使用范圍不超過2MPa。
3）時間
完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產中注射時間一般不超過10s，保壓時間較長一般為20~120秒，冷卻時間一般為30~120min（這三個時間都是根據塑件的質量來決定的，質量越大則相應的時間越長）。
經過上面的經驗數據和推薦值，可以初步確定成型工藝參數，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數設置也不一致，結合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數如表3-1所示，另外這些基本的參數在塑件注塑的過程中根據實際需要做適當的修改。
表3-1 制品成型工藝參數初步確定
特性
內容
特性
內容
注塑機類型
螺桿式
螺桿轉速/（r/min）
40
噴嘴形式
直通式
模具溫度
25-70
噴嘴溫度/℃
180
后段溫度/℃
170~190
中段溫度/℃
190~200
前段溫度/℃
200~220
注射壓力/bar
500-1000bar
保壓力MPa
50
注射時間/s
3
保壓時間
5
冷卻時間/s
20
其他時間/s
20
成型周期/s
50
成型收縮(%)
2%
干燥溫度/℃
60~80
干燥時間/h
2
3.2 注塑機的選擇
1）塑件體積的計算
零件塑件的體積：V=409.4cm
澆注系統的體積：V2=12.5cm
塑件與澆注系統的總體積為：V=409.4+12.5=421.9cm
2）塑件質量的計算
查手冊取密度ρ=0.94g/cm
所以，塑件的重量為：M=V×ρ=409.4cm×0.94=384.8g
根據實際注射量應小于0.8倍公稱注射量原則, 即：
0.8V≧ V （3-1）
查國產注射機主要技術參數表得選用XS-ZY-1000型號注射機，其參數如下：
表3-2 XS-ZY-1000型注射機主要技術參數[4]
螺桿直徑/mm
85
拉桿內間距
650x550
理論容量/
1000
最小模具厚度/mm
300
注射行程/mm
260
推動行程/mm
430
注射速度 /(g/s)
165
頂出桿根數
1
塑化能力/(g/s)
35
定位孔直徑/mm
125
額定注射壓力/MP
121
頂出中心孔直徑/mm
40
螺桿轉速/(r/min)
10~390
頂出力/KN
4000
鎖模力/KN
4500
噴
嘴
球半徑SR/mm
18
開模行程/mm
270
孔直徑/mm
7.5
3.3 模具在注塑機上的安裝尺寸校核
1）噴嘴尺寸
由注塑機參數知：注塑機前端的球面半徑R1與模具主流道始端的球面半徑R2必須吻合如下圖所示
噴嘴與主流道始端的尺寸關系：R2＝R1 + （1-2）mm，而注塑機上注塑頭的半徑為R1＝18mm，而模具上噴嘴的半徑尺寸為R2＝20mm，滿足要求。
澆口流道與注塑機澆口之間的關系：D＝d+（0.5 - 1）mm，而所選的“噴嘴孔直徑”為4mm，而設計中所采用的噴嘴直徑為8mm，滿足要求。
2）定位圈尺寸校核
在注塑機上安裝模具時，應將模具的定位圈裝入注塑機的定位孔中，以保證模具的主流道與注塑機噴嘴準確對中。模具定位圈與注塑機定位孔采用H9/f9的間隙配合。
圖3-1 主流道結構
3)螺孔尺寸校核
圖3-2 模具在注塑機上的安裝方式
由上圖知，選用圖（a）式結構確定模具在注塑機的位置。
4)鎖模力與注射壓力的校核
（3-2）
式中：--注射時型腔壓力 查參考文獻得 113MPa
--塑件在分型面上的投影面積（）
--澆注系統在分型面上的投影面積（）
--注射機額定鎖模力，按XS-ZY-1000型注射機額定鎖模力為4500KN
經計算得上試成立
5）模具厚度H與注射機閉和高度校核
注射機開模行程應大于模具開模時，取出塑件（包括澆注系統）所需的開模距離
即滿足下式
（3-3 ）
式中： --注射機最大開模行程，mm；
--推出距離（脫模聚居），mm；
Sk=45mm+129.23mm=174.23mm
Sk≤S=570mm 條件成立
4 分型面的確定和行腔數目的確定
4.1 分型面的確定
4.1.1 分型面的選擇原則
分型面的選擇原則：
（1）便于塑件脫模；
（2）在開模時盡量使塑件留在動模；
（3）外觀不遭到損壞；
（4）有利于排氣和模具的加工方便；
（5）對側抽芯的影響；
（6）對排氣效果。
4.1.2 分型面的形式
該塑件的模具只有一個分型面，垂直分型。
4.1.3 分型面的設計
在型腔數目的確定時主要考慮以下幾個有關因素：由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統的設計、塑件的結構工藝性及精度、形狀以及摧出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析。
在實際設計中，不可能全部滿足選擇原則，一般應抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的分型面。
其分型面如圖4-1
圖4-1 分型面示意圖
4.2 型腔數目的確定
4.2.1 初步確定行腔數目
注塑模的型腔數目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數目的確定時主要考慮以下幾個有關因素：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生產效益；
（4）模具制造難度。
根據產品結構特點，此塑料產品在模具中的側抽方式有兩種:一種是直接側抽，一個是旋轉側抽所以在這里只能采用正立的形式，其他分型面和放置方法都不妥當。且考慮到該塑件是一般日用品,查手冊得塑件的經濟精度推薦 6級,所以初定為一模一腔最合理.排列形式如圖4-2所示.
圖4－2 行腔排列形式
4.2.1 按注塑機的最大注射量確定行腔數目
按注射機的最大注射量確定型腔數目
根據 （4-1)
得 (4-2)
注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8;
注射機最大注射量，cmз或g;
澆注系統凝料量，cmз或g；
單個塑件體積或質量，cmз或g；
根據塑件的結構及尺寸精度要求,該塑件在注射時采用一模一腔 。
5 澆注系統的設計
澆注系統的設計原則：澆口位置應盡量選擇在分型面上，以便于模具加工及使用時澆口的清理；澆口位置距型腔各個部位的距離應盡量一致，并使其流程為最短；澆口的位置應保證塑料流入型腔時，對著型腔中寬敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔時直沖型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能盡快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件變形;盡量避免使制件產生熔接痕,或使其熔接痕產生在之間不重要的位置;澆口位置及其塑料流入方向,應使塑料在流入型腔時,能沿著型腔平行方向均勻的流入,并有利于型腔內氣體的排出。
5.1 主流道設計
主流道是連接注塑機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時也改善料流的速度，因為要和注塑機相配，所以其尺寸與注塑機有關。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質的鋼材單獨加工和熱處理。主流道參數如表5-1所示：
表5-1 主流道主要參數
參數
參數值
錐角
=2°
內表面粗糙度
Ra=0.63
小端直徑
D=d+(0.5~1)mm
半徑
R=R+(1~2)mm
材料
T8A
下面介紹主流道的設計原則。
1）主流道應單獨設計成襯套鑲入定模板中，以利于制造、安裝和維修；
2）主流道為圓錐形，圓錐角為2°-4°；
3）主流道的長度應盡量短，一般取<60mm；
4）出口應做成圓角，加角半徑為r=0.5mm-3mm或r=d2/8；
5)主流道襯套與噴嘴接觸的球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm-2mm；
6)主流道襯套與定模板的配合可用H7/m6，與定位圈的配合可用H9/f9；
7)主流道襯套材料為T8、T10，熱處理硬度HRC52-56，表面粗糙度Ra1.6；
根據選用的XS-ZY-1000型號注射機的相關尺寸得
噴嘴前端孔徑：d0=4.0mm；
噴嘴前端球面半徑：R0=10mm；
根據模具主流道與噴嘴的關系
取主流道球面半徑：R=18mm；
取主流道小端直徑：d=7.5mm
圖5-1 澆口結構圖
5.2 分流道設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表4-1所示。分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。在該模具上取半圓形斷面形狀，直徑為5mm。分流道選用圓形截面：直徑D=12mm。流道表面粗糙度 。具體分流道設計如圖5-2。
5.3 澆口的設計
澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統的關鍵部分，根據澆口的位置選擇要求，盡量縮短流動距離，避免熔體破裂現象引起塑件的缺陷，澆口應開設在塑件壁厚處等要求。澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統的關鍵部分，澆口的形狀，數量，尺寸和位置對塑件的質量影響很大，澆口的主要作用有兩個，一是塑料熔體流經的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。澆口的類型有很多，有點澆口，側澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定， HDPE料的流動性好,可適用于各種澆口,為了不影響外觀,簡化模局結構,確定使用側澆口。 澆口設計如圖5-3。
圖5-2 分流道示意圖
圖5-3 側澆口示意圖
5.4 冷料穴的設計
現有的模具模架已經標準化,所以在模具材料的選擇時主要是根據制品的冷料穴是澆注系統的結構組成之一。冷料穴的作用是容納澆注系統流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔。這些冷料既影響熔體充填的速度，有影響成型塑件的質量，另外還便于在該處設置主流道拉料桿的功能。注射結束模具分型時，在拉料桿的作用下，主流道凝料從定模澆口套中被拉出，最后推出機構開始工作，將塑件和澆注系統凝料一起推出模外。
其設計如下圖
圖5-4 冷料穴示意圖
6 模具材料的選擇及模架的確定
6.1 模具材料的選擇
現有的模具模架已經標準化,所以在模具材料的選擇時主要是根據制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料.如何合理的選擇模具鋼,是關系到模具質量的前提條件,如果選材不當，則所有的精密加工所投入的工時,設備費用將浪費。
在選擇模具鋼時,首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能,從使用性能考慮:硬度是主要指標之一,模具在高應力作用下欲保持尺寸不變,必須有足夠的硬度,當承受沖擊載荷時還要考慮折斷,崩刃問題,所以韌性也是一重要指標,耐磨性是決定模具壽命的重要因素,從HDPE特性看,這三項指標是必須要滿足的,此外還有紅硬性,抗壓屈服強度和抗彎強度和熱疲勞能力的指標。
從工藝性能考慮:要熱加工工藝好,加工溫度范圍寬,冷加工性能如切削,銑削,拋光等加工性能好,此外還要考慮淬透性和淬硬性,熱處理變形和氧化脫碳等性能.另外從經濟考慮,要求材料來源廣,價格低。查手冊選擇模仁的材料是40Cr.該鋼機械加工性能較好,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,拋光性能,較高的強度和耐磨性,適于制造承受高負荷,高耐磨及在腐蝕介質作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.對于動、定模座的材料，一般可采用Ｑ235或45鋼材料，也不需要對其進行處理。另外為了把模具固定在注射機上，動、定模座板的兩側均需比動、定模板的外形尺寸加寬25mm–30mm。
6.2 模架的確定
6.2.1 模架的說明
模架是設計、制造塑料注射模的基礎部件。為提高模具質量，縮短模具制造周期，組織專業(yè)生產，我國于1988年完成了《塑料注射模中小型模架》和《塑料注射模大型模架》等國家標準的規(guī)定。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準，國內用的最多的就是龍記標準模架及富德巴標準模架，此設計中采用德巴標準模架。市場上有標準件出售，這為制造注射模具提供了便利條件。
1）中小型標準注射模架（GB/T 12556.1）
標準中規(guī)定，中小型模架的周界尺寸范圍<=560mm x 900mm，還規(guī)定了其模架結構形式為品種型號。
a. 基本型
基本型分為A1、A2、A3、A4四個品種，模架的組成，功能及用途見表6-1
表6-1 基本型模架的組成功能及用途
型號
組成、功能及用途
中小模架Ａ1型（大型模架Ａ型）
定模采用兩塊模板。動模采用一塊模板，無支撐板，設置以推桿推出塑件的機構組成模架。適用于立式與臥式注射機，單分型面一般設在合模上，可設計成多個型腔成形多個塑件的注射模
中小模架Ａ2型（大型模架Ｂ型）
定模和動模均采用兩塊模板，有支承面，設置以推桿推出塑件的機構組成模架。適用于立式或臥式注射機上，用于直澆道，采用斜導柱側向抽芯，單型腔成型，其分型面可在合模面上，也可設置斜滑塊垂直分型脫模式機構的注射模
中小模架Ａ3、Ａ4型（大型模架Ｐ1、Ｐ2型）
Ａ3型（Ｐ1型）的定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，它們之間設置一塊推件板連接推出機構，用以推出塑件，無支承面。
Ａ4型（Ｐ2型）的定模和動模均采用兩塊模板，它們之間設置一塊推件板連接推出機構，用以推出塑件，有支承面。
Ａ3，Ａ4型均適用于立式或臥式注射機上，脫模力大，適用于殼形塑件，以及塑件下表峭允許留有頂出痕跡的塑件注射成形的模具。
b. 派生型
派生型分P1-P9共9個品種，其模架的組成，功能及用途見表6-2
2）大型模架標準（GB/T 12555.1）
大型模架中規(guī)定的周界范圍為（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm），適用于大型熱塑性注射模。模架品種有Ａ型、Ｂ型組成的基本型以及由Ｐ1 – Ｐ9組成的派生型，共6個品種。Ａ型同中小型模中的Ａ1型，Ｂ型同中小型模架中的Ａ2型。大型模架的組成，功能及用途見下上面6-1、6-2兩個表。
表6-2 派生型模架的組成功能及用途
型號
組成、功能及用途
中小型模架Ｐ1-Ｐ4型（大型模架Ｐ3，Ｐ4）
Ｐ1-Ｐ4型由基本型Ａ1-Ａ4對應派生而成，結構形式上的不同點在于去掉了Ａ1-Ａ4型定模板上的固定螺釘，使定模部分增加了一個分型面，多用于點澆口形式的注射模。其功能和用途符合A1-Ａ4型的要求
中小型模架Ｐ5型
由兩塊模板而成，主要適用于直接澆口，簡單整體型腔結構的注射模
中小型模架Ｐ6-Ｐ9型
其中Ｐ6與Ｐ7，Ｐ8與Ｐ9是互相對應的結構，Ｐ7和Ｐ9相對應于Ｐ6和Ｐ8只是去掉了定模座板上的固定螺釘。這些模架均適用于復雜結構的注射模，如定距分型自動脫落澆口式注射模等
6.2.2 模架的選用
1）標準模架的選用要點
a) 模架厚度Ｈ和注射機的閉合距離Ｌ
對于不同型號及規(guī)格的注射機，不同結構形式的鎖模機構具有不同的閉合距離。模架厚度與閉合距離的關系為
Ｌmin<=Ｈ<=Ｌmin
b) 開模行程與定、動模分開的間距與推出塑件所需行程之間的尺寸關系
c) 選用的模架在注射機的安裝
d) 選用模架應符合塑件及其成形工藝的技術要求
2）模仁尺寸的確定
因為采用的是整體式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見效模具尺寸出發(fā)，模仁的值取的越小越好，但實際中因為要考慮冷卻因素，又因為經過模仁的冷卻系統比經過模仁外部的冷卻系統效率高，所以為了給冷卻系統留有足夠的空間。
3）模架的確定
注塑模模架國家標準有兩個，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準，該設計采用龍記標準模架，型號為：CI5060A170B160C120。
圖6-1模架模型示意圖圖
7 確定主要零件結構設計
7.1 成型零件工作尺寸的計算
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨損量進行計算；前一種方法簡便，但不適合精密塑件的模具設計，后一種復雜，但能較好的保證尺寸精度。本設計采用平均值法。
7.1.1 成型零件尺寸計算的基本內容
1) 成型零件的工作尺寸主要包括以下內容：
l 型腔和型芯的徑向尺寸；
l 型腔嘗試和型芯高度尺寸；
l 型芯之間和成型孔之間中心距尺寸。
2) 在公式推導和計算中，首先做以下規(guī)定：
l 收縮率的規(guī)定：收縮率取平均值；
l 尺寸偏差的規(guī)定
A、型腔與制品外表面的尺寸偏差規(guī)定。型腔的最小尺寸為名義尺寸，偏差為正值；制品外表面的最大尺寸為名義尺寸，偏差為負值。
B、型芯與制品內表面的尺寸偏差。型芯最大尺寸為名義尺寸，偏差為負值；制品孔最小尺寸為名義尺寸，偏差為正值。
7.1.2 型腔、型芯工作尺寸計算
HDPE塑料的收縮率是1.5%--3.5%
平均收縮率: =（1.5%--3.5%）/2 （7-1）
=2%
型腔內徑： （7-2）
=50.27mm
型腔深度： （7-3）
=35.7mm
型芯外徑： （7-4）
=44.24mm
型芯深度： （7-5）
=32.67mm
型腔徑向尺寸（mm ）;
- 塑件外形基本尺寸（mm）;-塑件平均收縮率；
-塑件公差
-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6；
-塑件內形基本尺寸（ mm）;
-型芯徑向尺寸（mm）;
-型腔深度（mm）；
-塑件高度（mm）
-型芯高度（mm）；
-塑件孔深基本尺寸（mm）；
7.2 斜導柱抽芯機構設計
當在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內側或外側有孔、凹穴或凸臺時，塑件就不能直接由推桿等推出機構推出脫模，此時，模具上成型該處的零件必須制成可側向移動的活動型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側向成型零件抽出，然后在把塑件從模內推出，否則就無法脫模。
7.2.1 斜導柱的設計
1）斜導柱設置在定模，與滑塊的中線對齊，有足夠的強度。
2）斜導柱頂端用模珂和定模板固定并磨到和定模板平，在開模時能隨驅使滑塊沿動模板上的導滑槽滑動。
3) 斜導柱傾斜角為20度。
7.2.2 滑塊的組合形式
1）設計其組合方式時應考慮分型與抽芯的方向要求,并保證塑件有較好的外觀質量,另外還應使滑塊的組合部分具有足夠的強度,該套模具采用兩瓣合模塊組合的結構形式。
2）利用滑塊水平兩側面的凸耳與模套對應的導滑槽滑動配合,達到側向分型與復位的目的。
7.2.3 各項尺寸計算與校核
斜導柱、滑塊、導柱之間的相對位置以及脫模推出完成后的相對位置如圖7-1所示。
1）滑塊為兩瓣合形式，左右兩面傾角為93度，便于滑塊滑動，滑塊高度為67.4mm，全部高出動模板。
2）斜導柱的導向傾斜角為25度，從合模到開模斜導柱剛離開滑塊時，斜導柱的移動距離是26.6mm，保證了滑塊止動上的配合。
3）抽芯距離校核
需要抽芯的距離是：
斜導柱剛好抽出來時的推動距離：
因： +3， （7-6）
所以抽芯距離滿足要求，塑件能正常取出。
螺紋提手桶蓋兩邊側抽芯。機構設計如圖7-1。
7.3 脫模機構設計
從圖2-1可以看出，該塑件其內螺紋絲扣不多，接近2扣，這樣從注射工藝和模具結構來看,要求螺紋型芯旋出的距離不大(5mm左右),采用齒條-齒輪脫內螺紋機構(是比較合理的。
本模具采用了油缸為內螺紋的脫模動力，因為本油缸是與注射機頂出油缸的油路（當前出產的塑料注射機，在操作者的反面，一般都設置有油路接口）相連接，是利用頂出油缸的油壓，實現本油缸活塞的往復運動，不必增加油泵，是一種運動平穩(wěn)、可靠、價廉、物美的脫內螺紋動力。
開模時，第一步油缸抽動將螺牙轉出（齒條固定在油缸上，再有齒條帶動齒輪子鑲件，由于軸與齒輪直徑相差不大，可以將它們設計為一整體）。第二步再由頂桿將塑件頂出。這樣模具可以實現全自動化。
圖7-1 斜導柱抽芯機構示意圖
圖7-2齒條齒輪脫螺紋機構是意圖
7.4 導向機構的設計
導向機構的作用：1）定位作用；2）導向作用；3）承受一定的側向壓力
7.4.1 導柱的設計
（1）長度導柱導向部分的長度應比凸模端面的高度高出8—12 cm，出現導柱末導正方向而型芯先進入型腔的情況。
（2）形狀 導柱前端應做成錐臺形，以使導柱能順利地進入導向孔。
（3）材料 導柱應具有硬而耐磨的表面和堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼（經表面滲碳淬火處理），硬度為50—55HRC。
7.4.2 導套的設計
（1）材料 用與導柱相同的材料制造導套，其硬度應略低與導柱硬度，這樣可以減輕磨損，一防止導柱或導套拉毛。
（2）形狀 為使導柱順利進入導套，導套的前端應倒圓角。導向孔作成通孔，以利于排出孔內的空氣。
7.5 頂出系統設計
注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也稱頂出機構。
脫模機構的設計一般遵循以下原則：
1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作。
2）由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點盡量靠近型芯，同時推出力應施于塑件剛性和強度最大的部位。
3）結構合理可靠，便于制造和維護。
這個塑件開模時，由于此塑件比較的特殊先有兩個側抽， 再有油缸抽動將螺牙轉出，最后由頂桿將塑件頂出。
8 冷卻系統的設計
8.1 溫度調節(jié)對塑件的影響
溫度對質量的影響體現在以下的幾個方面：
1）采用較低的模溫可以減小塑料制件的成型收縮率；
2）模溫均勻，冷卻時間短，注射速度快可以減少塑件的變形，增加產品的美觀
3）對塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件的表面狀態(tài)；
4）影響制品的力學性能，對結晶形塑料，適當降低模具溫度有利于減小應力和制品的開裂；對高黏度的無定形塑料，適當提高模具溫度有利于減小應力和制品的開裂。
溫度對塑件質量的影響有相互矛盾的地方，設計時要根據材料特性和使用要求偏重于主要要求。
8.2 對溫度調節(jié)系統的要求
1）根據塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式；
2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產率和提高塑件質量；
3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好；
4）溫度調節(jié)系統應盡可能做到結構簡單，加工容易，成本低廉；
從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產率。
8.3 冷卻系統的確定
冷卻水回路布置的基本原則：
（1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡；
（2）冷卻水孔的數量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好；
（3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等
（4）經驗表明，冷卻水管中心距B大約為2.5~3.5D，冷卻水管壁距模具
（5）邊界和制件壁的距離為0.8~1.5B。最小不要小于10。
（6）澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳；
（7）應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5℃；
（8）冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔；
（9）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。
本套模具在螺紋提手桶蓋的旋抽型芯上開設計一條水道中間用銅片隔開。如圖8-1。
圖8-1 模具冷卻系統示意圖
9 模具排氣槽的設計
當塑料熔體充填型腔時，必須順序地排出型腔及澆注系統內的空氣及塑料受熱而產生的氣體。如果氣體不能被順利排出，塑料會由于填充不足而出現氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺陷，甚至氣體受壓而產生高溫，使塑料焦化。特別是對大型塑件、容器類和精密塑件，排氣槽將對它們的品質帶來很大的影響，對于在高速成行中排氣槽的作用更為重要。我們的塑件并不是很大，而且不屬于深型腔類零件，因此本方案設計在分型面之間、推桿與模板之間及活動型芯與模板之間的配合間隙進行排氣，間隙值取0.04㎜。
10 proe參數化設計
Proe是一個參數化的設計軟件，在模具設計中起著重要的作用。目前模具設計的軟件主要有proe和UG，其中北方用proe的多而南方用UG的居多。PTC公司為增加模具模塊的功能專門為模具設計做了一個外掛程序EMX，目前有EMX4.0和EMX5.0兩個版本，其全稱為，里面收錄了做模具標準件公司的產品型號。在調用中可以根據需要調用合適的產品，其中此次畢業(yè)設計中的標準件全部來自于EMX4.0中的標準件。目前國內的標準件主要有來自兩家公司——富德巴和龍記，此次模具設計的標準件均使用富德巴的，如果要使用龍記的還需要將龍記的公司產品資料加入到EMX中。
下面圖10-1是完成零件測繪后用proe所生成三維塑件圖，圖10-2是用proe設計出來的模具。
圖10-1 塑件三維圖
圖10-2 模具整體外形圖
結論
本設計首先說明了塑料工業(yè)的重要地位和當今注塑模具的現狀，隨著經濟的發(fā)展，塑料工業(yè)將繼續(xù)呈現蓬勃發(fā)展之勢。其次介紹了注塑件的一般設計原則，這次的模具設計，我體驗了模具設計的整個流程，不管以后搞不搞模具設計，這對我來說都是一種不可缺少的經歷，它也是經驗積累的一個過程。在本設計說明書中介紹了注塑件的一般設計原則，對塑件的特征如倒圓角、加強筋等做了說明，從實際來看，幾乎所有的注塑件都遵循這些原則。在做好注塑成型的準備工作之后，接著介紹了模具設計的內容，冷流道注塑模具無外乎包括四大系統：澆注系統、溫度調節(jié)系統、頂出系統和機構系統（其實也可以歸為頂出系統，該系統如斜導柱、滑塊和開閉器等）。在澆注系統的設計中根據經驗公式取流道橫截面形狀，確定澆口尺寸，對流道剪切速率進行校核；溫度調節(jié)系統說明了設計的一般步驟，確定冷卻時間，計算體積流量等做完這些工作之后，該模具的設計到此結束。
在本次設計中，由于我設計的注塑模具塑件形狀比較復雜，主要有兩個難點：第一，需要用兩邊側抽才能把塑件加工出來，也就是需要對合滑塊結構。第二，這個塑件有內螺紋，在脫模時是一個難點，通過查閱相關資料和在指導老師的幫助下，在這次設計中我采用了齒輪齒條脫螺紋機構。
在設計的過程中發(fā)現經驗公式有不一致的地方，不同公式的計算結果有的相差很大，特別是在溫度調節(jié)與脫模力的計算這兩塊。在完成圖紙之后發(fā)現塑件的設計有的地方是不合理的，比如說壁厚，雖然有經驗可循，但從實際中看顯然本設計的塑件壁厚過大，在冷卻系計時要考慮到零件的復雜性，冷卻時間的問題是一個很關鍵的部分，因為它影響著生產效率，這里我也犯了同樣的錯誤；從這里可以知道，注塑件的設計與模具設計關系密切，好的塑件結構可以簡化模具結構，降低生產成本。
目前傳統冷流道模具設計還是以經驗為主，很難對注射各參量進行嚴密的數學建模，因為各參量相互影響，關系復雜。隨著科技的進步及注射理論的突破，熱流道模具發(fā)展的越來越迅速，隨著技術的成熟，熱流道模具將會逐漸的增多。熱流道模具成本相對較高，但材料利用率高、成型好