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畢業(yè)設計（論文）
（ 2015 屆）
設計（論文）題目 泡沫滅火器噴嘴注射模具設計
作 者 XX
分 院 xx學院
專 業(yè) 班 級 XXXX
指導教師（職稱） XXXX
論文完成時間 2015年 03月 23日
泡沫滅火器噴嘴注射模具設計
摘要：本次主要設計是對泡沫滅火器噴嘴注射模的設計, 重點對塑件的成型原理、原料選用和注射技術進行分析。通過根據(jù)形狀、尺寸、精度及表面質量要求的分析結果，確定所需的模塑成型方案，制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結構、澆注系統(tǒng)等。該塑件有內螺紋，需兩次分型。故設計中主要解決了分型面的選擇，型腔數(shù)目的確定，脫模機構的設計.采用了二次脫模機構來脫模，保證塑件能順利的成型出模。
關鍵詞：脫模機構；注射模；低密度聚乙烯
The Design of Injection Mold
PA1010tract：The main design graduate of injection mold design. Focus on the analysis of the principle of molding plastic parts, materials selection and injection technique. Adopted under the shape, size, accuracy and surface quality requirements of the analysis results, the program required molding, products after processing, the choice of parting, the number and arrangement of the cavity, forming part of the structure, pouring system . The plastic parts within a thread,need twice disport model.Therefore,the design of the project profile for the plastic parts of sub-surface choices,determining the number of cavity,the demoulded mechanism design.Using twice demoulding agencies,Guarantee a smooth plastic parts from the moldel.
Key words：Plastics injection Mold;Structural design ;
23
目 錄
1 引言…………………………………………………………………………………………1
1.1概述………………………………………………………………………………………1
1.2國內研究現(xiàn)狀……………………………………………………………………………1
1.3國外研究現(xiàn)狀………………………………………………………………………2
2 塑件的分析…………………………………………………………………………3
2.1塑件成型工藝分析…………………………………………………………………3
2.2 壁厚分析…………………………………………………………………………………3
2.3 圓角分析 ………………………………………………………………………………3
3塑件材料的選擇及材料特性……………………………………………………………4
3.1材料的選擇………………………………………………………………………………4
3.2 材料簡介…………………………………………………………………………………4
3.3基本特性…………………………………………………………………………………4
3.4 物理性質…………………………………………………………………………………4
3.5 成型特性…………………………………………………………………………………5
4塑件的形狀尺寸的計算…………………………………………………………………6
5注射機的選擇及型號和規(guī)格…………………………………………………………6
5.1 估算塑件的體積和質量…………………………………………………………6
5.2 選擇注射機………………………………………………………………………6
6 型腔數(shù)目的確定及排布……………………………………………………………8
6.1型腔數(shù)目……………………………………………………………………………8
6.2型腔的排布…………………………………………………………………………8
7分型面的選擇……………………………………………………………………9
8 澆注系統(tǒng)的設計……………………………………………………………………10
8.1導柱的設計…………………………………………………………………………10
8.2導套的設計…………………………………………………………………………10
8.3分流道設計……………………………………………………………………………10
8.4澆口的設計…………………………………………………………………………11
8.5冷料穴的設計……………………………………………………………………………12
8.6排氣系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………………12
9 塑料工藝尺寸的計算…………………………………………………………………13
9.1 凹模的的結構設計…………………………………………………………………13
9.2 凸模的結構設計…………………………………………………………………13
9.3 凹模徑向尺寸計算…………………………………………………………………13
9.4 凸模徑向尺寸計算…………………………………………………………………14
10 導向機構的設計…………………………………………………………………………16
10.1導柱導向機構的作用……………………………………………………………16
10.2開模過程設計……………………………………………………………………16
10.3導柱導套的設計………………………………………………………………17
10.4導柱與導套的布置………………………………………………………………18
11 脫模機構的設計…………………………………………………………………………19
11.1脫模機構的組成…………………………………………………………………19
11.2設計原則…………………………………………………………………………19
12溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………20
12.1模具冷卻系統(tǒng)的設計……………………………………………………………20
12.2模具冷卻時間的確定………………………………………………………………20
12.3冷卻系統(tǒng)的設計原則…………………………………………………………………20
12.4冷卻系統(tǒng)的結構設計…………………………………………………………………21
12.5冷卻系統(tǒng)的計算…………………………………………………………………21
13 模具工作過程……………………………………………………………………………21
14 設計總結…………………………………………………………………………………22
參考文獻……………………………………………………………………………………22
致謝…………………………………………………………………………………………23
泡沫滅火器噴嘴的塑料模具設計
1 引言
1.1 概述
注射成型也稱為注射或注塑，是熱塑性塑料的一種重要成型方法。到現(xiàn)在為止，有超過1/3的塑料原材料，是通過注射成型工業(yè)加工的，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以采用此成型方法。它的特點是生產周期短、生產效率高的、易自動化，因此廣泛應用于塑料制品的生產。現(xiàn)在塑料成型生產中，塑料制件的質量與塑料成型模具、塑料成型設備和塑料成型工藝密切相關。在這三要素中，塑料成型模具的質量最為關鍵，他的功能是雙重的：賦予塑料熔體以期望的形狀、性能、質量；冷卻并推出成型的塑件。模具是決定最終產品的性能、規(guī)格、形狀以及尺寸精度的載體，塑料成型模具是使塑料成型生產過程順利進行、保證塑料成型質量不可缺少的工藝裝備，是體現(xiàn)塑料成型設備高效率、高性能和合理先進塑料成型工藝的具體實施者，也是新產品開發(fā)的決定環(huán)節(jié)。由此可見，周而復始地獲得符合技術經濟要求及質量穩(wěn)定的塑料制件，塑料成型模具的優(yōu)劣是關鍵，它最能反映出整個塑料成型生產過程的技術含量以及經濟效益。因此，注射成型的模具設計制造成為當今社會模具發(fā)展的熱點,己發(fā)展成為熱塑性塑料最主要的成型加工方法。
1.2 國內研究現(xiàn)狀
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(xiàn)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(shù)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(shù)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(shù)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。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具（2）加強模具標準件的應用（3）推廣CAD/CAM/CAE技術（4）重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期。
1.3 國外研究現(xiàn)狀
在工業(yè)發(fā)達國家，據(jù)1991年統(tǒng)計，日本生產塑料模和生產沖壓模的企業(yè)各占40；韓國模具專業(yè)廠中，生產塑料模的占43.9，生產沖壓模的占44.8%;新加坡全國有460家模具企業(yè)，60%生產塑料模，35%生產沖模和夾具。
當今世界注射模具的基本格局是以日、美及歐洲各工業(yè)化國家作為世界模具技術的領頭羊，占據(jù)了世界注射模具市場的半壁江山，他們擁有現(xiàn)代的設計方法和先進的模具制造設備，特別是近幾年來這些國家把CAD/CAM/CAE系統(tǒng)作為模具工業(yè)發(fā)展的臂翼，其發(fā)展的趨勢如日中天 [6] 。在注塑模具設計工業(yè)中，國外先進國家（日本、德國、美國等）從20世紀80年代中期已廣泛使用計算機對塑料模進行輔助設計（CAD），輔助制造（CAM），并對模具設計的各個環(huán)節(jié)進行定量計算機和數(shù)值分析（CAE），已由經驗數(shù)據(jù)逐步過渡到計算機設計，對模具澆注系統(tǒng)和型腔的熔料流動行為以及溫度調節(jié)系統(tǒng)的熱量分布都采用了微機輔助設計[9]。
目前，塑料成型技術正朝向精密化、微型化和超大型化方向發(fā)展。精密注射成型可將成型制件的尺寸公差控制在10~1微米之內，其制件主要用于電子、儀器儀表等工業(yè)。英、美、德等國及我國一些高等院校和科研院所開發(fā)的模具軟件，具有新一代模具CAD/CAM軟件的智能化、集成化、模具可制造性評價等特點。新一代模具軟件應建立在從模具設計實踐中歸納總結出的大量知識上。這些知識經過了系統(tǒng)化和科學化的整理，以特定的形式存儲在工程知識庫中并能方便地被模具所調用。在智能化軟件的支持下，模具CAD不再是對傳統(tǒng)設計與計算方法的模仿，而是在先進設計理論的指導下，充分運用本領域專家的豐富知識和成功經驗，其設計結果必然具有合理性和先進性。
美國塑料(原料)的產量多年來一直雄居各國之首。早在80年代前期，美國塑料產量就已達2000萬噸之多，1986年增至23l0萬噸，占全球總產量8100噸的28.5％，此后美國塑料產量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長之勢，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分別增加到2710萬噸、2810萬噸、3010萬噸、3410萬噸、4000萬噸和4360萬噸，占世界總產量的比例從1996年起提高到30％以上。2001年美國塑料產量為4170萬噸，其中以聚乙烯為最多，達1500多萬噸。其次分別是氯乙烯650萬噸、聚丙烯720萬噸、聚苯乙烯對酞酸脂320萬噸、聚苯乙烯280萬噸。國內塑料消費量(產量+進口量-出口量)，美國也是全球最多的[10-11]。
德國是世界最大的塑料(原料)生產國之一，上世紀90年代初的1991年、1992年和1993年，德國塑料產量都為990多萬噸，1994年增達超過1000萬噸的1110萬噸．1998年達近1300萬噸，1999年為近1400萬噸，2000年增至1550萬噸，超過日本為世界第2大塑料生產國，2001年上升為1580萬噸，2002年已過1600萬噸。德國2001年的國內塑料消費量為1280萬噸，其中聚乙烯265萬噸，聚丙烯155萬噸，氯乙烯152萬噸。德國人均塑料消費量2001年為160公斤，在世界上僅少于比利時的172公斤，高于美國的155公斤，排在世界第2位。
日本在很長的時期內都是僅次于美國的世界第2大塑料生產國。一直到1997年，日本塑料產量曾經連續(xù)多年增長，年產量在70年代中期就已達500多萬噸，1987年突破1000萬噸，1991年達約1300萬噸。 2001年和2002年日本塑料產量再度下降至1400萬噸以下的1364萬噸和1361萬噸。2002年日本塑料(原料)產量減為1361萬噸。而中國則增為1366萬噸，日本又退居第4位[14-17]。塑料產量位居世界前10名的國家和地區(qū)還有法國660萬噸、比利時600萬噸、中國臺灣598萬噸、加拿大432萬噸和意大利385萬噸(均為2001年產量)。
2 塑件的分析
2.1塑件的成型分析
此次的塑件是泡沫滅火器噴嘴，整個塑件呈現(xiàn)半開狀的圓筒形，該構件的表面的形狀和整體的結構較其他塑件較為簡單，經過對大量的飲料泡沫滅火器噴嘴的統(tǒng)計檢驗，整個泡沫滅火器噴嘴的外部輪廓高達15mm,外徑28mm,壁厚1mm，作為對表面粗糙度要求不太高的塑件，而且較為實用性零件對其尺寸公差沒有太嚴格的要求。且本身塑件壁厚較小、均勻，可以用大批量的注塑模具加以生產
圖2-1 塑件圖
2.2壁厚分析
各種塑件，不論是結構件還是板壁，根據(jù)使用要求具有一定的厚度，以保證其力學強度。塑件的壁厚對塑件質量的影響很大，如果壁厚過大，會浪費原料，而且使冷卻時間增加，更重要的還會使塑件產生氣泡、縮孔、翹曲變形等缺陷，一般地說，在滿足力學性能的前提下厚度不宜過厚，不僅可以節(jié)約原材料，降低生產成本，而且使塑件在模具內冷卻或固化時間縮短，提高生產率。因此，該塑件的壁厚均為1mm，在其最小壁厚范圍內，塑件符合注塑的模具成型的厚度要求。
2.3圓角分析
帶有圓角的塑件，在成型時往往會在該處產生局部應力集中，在受力或沖擊下會發(fā)生開裂，所以，為了避免應力集中，提高塑件的局部強度，減小應力集中，改善熔體的流動性能且便于脫模，在塑件各內外表面的過渡連接處，應采用過渡圓弧。采用圓弧過度可增加塑件的美觀程度和增加塑件的強度，根據(jù)應力集中系數(shù)和圓角半徑的關系可得，理想的內圓角半徑應為壁厚的1/3以上，通常塑件內壁圓角半徑應是壁厚的一半，而外壁圓角半徑可為壁厚的1.5倍。這次設計要求該塑件的2內外圓弧半徑結合實際情況來設計，根據(jù)現(xiàn)有的生產力狀況以及條件設備，此塑件的內外過渡圓弧是小半徑為0.5mm，適合注塑制品的結構和工藝要求。
3 塑件材料的選擇及材料特性
3.1材料的選擇：
綜合性能較好，沖擊韌度、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學性、電氣性能良好；易于成形和機械加工，與有機玻璃的熔接性良好，可作雙色成形塑件，且表面可鍍鉻。適于制作一般機械零件、減摩耐磨零件、傳動零件和電信結構零件。
3.2材料簡介：
PA1010（尼龍1010）定義：尼龍1010是一種沒有側鏈、高密度、高結晶性的線型聚合物。按其分子鏈中化學結構的不同，可分為均尼龍1010和共尼龍1010兩種。兩者的重要區(qū)別是：均尼龍1010密度、結晶度、熔點都高，但熱穩(wěn)定性差，加工溫度范圍窄（約10℃），對酸堿穩(wěn)定性略低；而共尼龍1010密度、結晶度、熔點、強度都較低，但熱穩(wěn)定性好，不易分解，加工溫度范圍寬（約50℃），對酸堿穩(wěn)定性較好。是具有優(yōu)異的綜合性能的工程塑料。有良好的物理、機械和化學性能，尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能。俗稱賽鋼或奪鋼，為第三大通用塑料。 適于制作減磨耐磨零件，傳動零件，以及化工，儀表等零件。
合成樹脂中的一種，又名尼龍1010、PA1010塑料、賽鋼料等；是一種白色或黑色塑料顆粒，具有高硬度、高鋼性、高耐磨的特性。主要用于齒輪，軸承，汽車零部件、機床、儀表內件等起骨架作用的產品。
3.3基本特性：
（1）PA1010加工前可不用干燥,最好在加工過程中進行預熱(80℃左右),對產品尺寸的穩(wěn)定性有好處.
（2） PA1010的加工溫度很窄(0～215℃),在炮筒內停留時間稍長或溫度超過220℃時就會分解,產生刺激性強的甲醛氣體.
（3） PA1010料注塑時保壓壓力要較大(與注射壓力相近),以減少壓力降.螺桿轉速不能過高,殘量要少;
（4） PA1010產品收縮率較大,易產生縮水或變形.PA1010比熱大,模溫高(80～100℃),產品脫模時很燙,需防止燙傷手指.
（5） PA1010宜在“中壓、中速、低料溫、較高模溫”的條件下成型加工,精密制品成型時需用控制模溫
(6)具高機械強度和剛性
(7)最高的疲勞強度
(8)環(huán)境抵抗性、耐有機溶劑性佳
(9)耐反覆沖擊性強,良好的電氣性質,復原性良好,具自已潤滑性、耐磨性良好,尺寸安定性優(yōu).
3.4物理性質
一般性能
尼龍1010是一種表面光滑、有光澤的硬而致密的材料，淡黃或白色，薄壁部分呈半透明。燃燒特性為容易燃燒，離火后繼續(xù)燃燒，火焰上端呈黃色，下端呈藍色，發(fā)生熔融滴落，有強烈的刺激性甲醛味、魚腥臭。尼龍1010為白色粉末，一般不透明，著色性好， 比重1.41-1.43克/立方厘米，成型收縮率1.2-3.0%，成型溫度170-200℃ ，干燥條件80-90℃ 2小時。PA1010的長期耐熱性能不高，但短期可達到160℃，其中均聚PA1010短期耐熱比共聚PA1010高10℃以上，但長期耐熱共聚PA1010反而比均聚PA1010高10℃左右?？稍?40℃～100℃溫度范圍內長期使用。PA1010極易分解，分解溫度為240度。分解時有刺激性和腐蝕性氣體發(fā)生，故模具鋼材宜選用耐腐蝕性的材料制作。
（1）PA1010是結晶型塑料,密度為1.42g/cm3,它的鋼性很好,俗稱“賽鋼”.
（2）它具有耐疲勞、耐蠕變、耐磨、耐熱、耐沖擊等優(yōu)良的性能,且摩擦系數(shù)小,自潤滑性好.
?。?）PA1010不易吸濕,吸水率為0.22～0.25%,在潮濕的環(huán)境中尺寸穩(wěn)定性好,其收縮率為2.1%(較大),注塑時尺寸較難控制,熱變形溫度為172℃,尼龍1010有均尼龍1010兩種,性能不同(均尼龍1010耐溫性好一點).
力學性能
PA1010強度、剛度高，彈性好，減磨耐磨性好。其力學性能優(yōu)異，比強度可達50.5MPa，比剛度可達2650MPa，與金屬十分接近。PA1010的力學性能隨溫度變化小，共聚PA1010比均聚PA1010的變化稍大一點。PA1010的沖擊強度較高，但常規(guī)沖擊不及ABS和PC；PA1010對缺口敏感，有缺口可使沖擊強度下降90%之多。PA1010的疲勞強度十分突出，10交變載荷作用后，疲勞強度可達35MPa，而PA和PC僅為28MPa。PA1010的蠕變性與PA相似，在20℃、21MPa、3000h時僅為2.3%，而且受溫度的影響很小。PA1010的摩擦因數(shù)小，耐磨性好（PA1010>PA66>PA6>ABS>HPVC>PS>PC），極限PV值很大，自潤滑性好。PA1010制品對磨時，高載荷作用時易產生類似尖叫的噪聲。
電學性能
PA1010的電絕緣性較好，幾乎不受溫度和濕度的影響；介電常數(shù)和介電損耗在很寬的溫度、濕度和頻率范圍內變化很??；耐電弧性極好，并可在高溫下保持。PA1010的介電強度與厚度有關，厚度0.127mm時為82.7kV/mm，厚度為1.88mm時為23.6kV/mm。
環(huán)境性能
PA1010不耐強堿和氧化劑，對烯酸及弱酸有一定的穩(wěn)定性。PA1010的耐溶劑性良好，可耐烴類、醇類、醛類、醚類、汽油、潤滑油及弱堿等，并可在高溫下保持相當?shù)幕瘜W穩(wěn)定性。吸水性小，尺寸穩(wěn)定性好。
PA1010的耐候性不好，長期在紫外線作用下，力學性能下降，表面發(fā)生粉化和龜裂。
成形性
結晶料,熔融范圍窄，熔融和凝固快，料溫稍低于熔融溫度即發(fā)生結晶。流動性中等。吸濕小，可不經干燥處理。
3.5成型特性：
成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質的進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。低密度聚乙烯屬于結晶形塑料,吸濕性小, 熔體粘度小，成型前可不預熱，成型時不易分解，流動性極好, 溢邊值為0.02mm左右,流動性對壓力變化敏感，加熱時間長則易發(fā)生分解。收縮率較大，方向性明顯，易發(fā)生變形、翹曲，結晶度及模具冷卻條件對收縮率有較大影響，應控制模溫。冷卻速度快,必須得到充分冷卻,設計模具時要設冷料穴和冷卻系統(tǒng)宜用高壓注射，料溫要均勻，填充速度應快，保壓要均勻。不宜采用直接澆口注射，否則會增加內應力，使收縮不均勻和方向性明顯。應注意選擇澆口位置。質軟易脫模，塑件有淺的側凹可強行脫模。
性能指標
均聚PA1010
共聚PA1010
25%GFPA1010
相對密度
吸水率，%
成型收縮率，%
拉伸強度，MPa
斷裂伸長率，%
拉伸模量，MPa
彎曲強度，MPa
彎曲模量，MPa
壓縮強度，MPa
剪切強度，MPa
缺口沖擊強度，（J/m）
洛氏硬度
摩擦因數(shù)
疲勞極限，MPa
熱變形溫度（1.82MPa），℃
長期使用溫度，℃
線膨脹系數(shù)，(×10K)
熱導率[W/(m·K)]
體積電阻率，Ω·cm
介電常數(shù)（10Hz）
介電損耗角正切值（10Hz）
介電強度（kV/mm）
耐電弧，s
1.43 2.5
1.5～3
70
40
90
3160
2880
127
67
76
M94
—
35
110
80
7.5
0.23
10
3.8
0.005
20
220
1.41
2.1
1.5～3.5
62
60
98
2830
2600
110
54
65
M80
0.15
31
124
100
8.5
0.23
10
2.7
0.007
20
240
1.61
—
—
130
—
182
8300
7600
—
—
86
—
—
—
163
—
2.6
—
3.8×10
—
—
—
—
4 塑件的形狀尺寸的計算
泡沫滅火器噴嘴的工作環(huán)境對精度有較高要求，按PA1010的性能可選擇塑件的精度等級為6級精度（查閱《塑料成型工藝》）。
外徑: 28mm 壁厚: 1mm
內徑: 16mm 壁厚: 1mm
突起： 9mm
查得PA1010(低密度聚乙烯)密度約為: ,代入公式.
數(shù)據(jù)可得塑件的質量為：
體積：
由體積計算公式可計算得塑件的近似體積得:
V塑=S*H=2.83 mm3
質量:
由質量計算公式可計算得塑件的質量得
W塑 =V塑×r塑=66.7(g)
5 注射機的選擇及型號和規(guī)格
塑料成型設備依據(jù)成型工藝的不同而不同，塑料成型設備主要有用于注射成型工藝的注射機，用于壓縮成型工藝和壓注成型工藝的壓力機，用于擠出成型的擠出機。本設計采用用于注射成型工藝的注射機作為成型設備。
注射成型工藝是塑料成型的一種最常用的方法。它將粒狀或粉狀的塑料原料加入到注射機的料筒中，經過加熱到流動狀態(tài)，在注射機的柱塞或螺桿的推動下，以一定的流速，通過噴嘴和閉合模具的澆注系統(tǒng)而充滿型腔，經過一定的時間的冷卻定型，打開模具，從模內取出成型的塑件。
5.1估算塑件的體積和質量
估算塑件體積和質量
該產品材料是低密度聚乙烯，查有關數(shù)據(jù)得知其密度g/cm3。
使用UG軟件畫出三維圖建模，并可直接用軟件進行分析，查詢到塑件的體積V件=2.83 cm3。
由ρ=0.90～0.94g/cm3可得塑件質量m=ρv=2.66g。
5.2選擇注射機
根據(jù)塑件制品的體積和質量，可選定注射機型號為XS-Z-30。
注射機的參數(shù)如下：
額定注射量：30 cm3
注射 壓力：120Mpa
注射 行程：130mm
鎖 模 力：250KN
最大成型面積：90cm2
最大 模厚：180mm
最小 模厚：60mm
噴嘴圓弧半徑：12mm
噴嘴孔徑（mm）：2 mm
柱塞式成型機中，塑料熔化成黏流態(tài)的熱量主要由筒外部的加熱器提供。在柱塞的平穩(wěn)推動下，料流是一種平緩的滯流態(tài)勢。料筒內同一橫截面上不同徑距的質點有著梯度變化的流速，結果靠料筒軸心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。料筒同一截面上的溫度分布也有差異，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的電熱圈加熱，所以溫度高；而靠近軸心的料，因流動快，且又與料筒加熱圈隔了一層熱阻很大的塑料層，所以溫度低?？梢娫谥搅贤矁龋芰系乃芑潭群懿痪鶆?。
注射機的分類：
按外形可分為：臥式、立式和直角式
按傳動方式可分為：機械式、液壓式和液壓、機械聯(lián)合式
按用途又可分為：通用型和專用型
所選注射機的型號為：XS-Z-30，屬于臥式通用型注射機。
6 型腔數(shù)目的確定及排布
6.1型腔數(shù)目
注射模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔，在型腔數(shù)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）注射成型的生產效益；
（4）模具制造難度。
為了提高生產效率和經濟性并與注射機的生產能力相配合，保證塑件較高的精度，
模具設計時應確定型腔數(shù)目，常用的方法有以下《塑料模具設計準則》：
1、根據(jù)經濟性確定型腔數(shù)目。
根據(jù)總成型加工費用最小的原則，僅考慮模具加工費和塑件成型加工費，并忽略試生產原材料費用。
2、根據(jù)制品精度確定型腔數(shù)目。
根據(jù)經驗，在模具中每增加一個型腔，制品尺寸精度要降低4-6%,高模具中的型腔數(shù)目為n,制品的基本尺寸為L，塑件尺寸公差為,單型腔模具注塑模具生產時可能性產生的尺寸誤差為(不同的材料，有不同的值，如：尼龍66為0.3% ,尼龍1010為0.2%,聚碳酸酯、聚氯乙烯、PA1010等非結晶型塑料為0.05%),則有塑件尺寸精度的表達式為：
L%+ （n-1）L%4%
簡化后可得型腔數(shù)目為：
n
3、根據(jù)注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)目。
當成型大型表面積塑件時，常用這種方法。設注射機的額定鎖模力大小為F（N），型腔內塑料熔體的平均壓力為Pm,單個制品在分型面上的投影面積為A1，澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為A2，則：
(nA1+A2)PmF即：
n
對于高精度制品，由于多型腔模具難以使各型腔的成型條件均勻一致，故通常推薦型腔數(shù)目不超過4個.
4、根據(jù)注射機的額定最大注射量確定型腔數(shù)目。
設注射機的最大注射量G（g），單個制品的質量為W1（g），澆注系統(tǒng)的質量為W2（g），則型腔數(shù)目n為：
n n 4.1
6.2型腔的排布：
多型腔有模板上的排列形式通常有圓形、H形、直線型及復合型等。
在設計時有以下原則：
（1）盡量采用對稱式排布，確保制品質量的均一和穩(wěn)定。
（2）塑件結構簡單，應盡量使型腔緊湊排列，而減小模具的外形尺寸。
（3）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。
（4）為了避免模具承受偏載而產生溢料現(xiàn)象，澆口開口部位與型腔布置應對稱。
因為該塑件屬大批量生產的小型塑件，但對產品的精度、表面粗糙度還是有較高的要求，通過前面算出的單個產品的體積V和質量W, 綜合考慮生產效率和生產成本及產品質量等各種因素，以及注射機的類型選擇確定采用一模四腔對稱排布。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,參見《塑料制品成型及模具設計》P59表4-3部分塑料常用分流道斷面尺寸推薦范圍，分流道直徑可選1.6~9.5mm【1】
表6-1 分流道斷面直徑選擇
塑料名稱
分流道斷面直徑
塑料名稱
分流道斷面直徑
PA1010，AS
聚乙烯(PE)
尼龍類(PA)
尼龍1010（PA1010）
抗沖擊丙烯酸
4.7～9.5
1.6～9.5
1.6～9.5
3.5～10
8～12.5
聚苯乙烯(PS)
軟聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
聚苯醚
3.5～10
3.5～10
6.5～16
6.5～8.0
6.5～10
根據(jù)塑件的壁厚（0.8<1.0<2.4）和外形因素和機械加工因素來確定澆注方式，確定為澆注方式，參見《塑料制品成型及模具設計》并采用對稱平衡的排布方式。
如下圖示：
圖6-1 型腔布置圖
7 分型面的選擇
分型面是決定模具結構形式的一個重要因素，它與模具的整體結構、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的脫模和模具的制造工藝的有關，一副模具根據(jù)需要可能有一個或兩個以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以與合模方向平行或傾斜。因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵。
根據(jù)分型面的選擇原則：
（1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處；
（2）在開模時盡量使塑件留在動模；
（3）分型面的選擇應保證塑件的尺寸精度和表面質量；
（4）有利于排氣和模具的加工方便；
（5）有助于避免側抽芯或便于側抽芯。
該塑件為泡沫滅火器噴嘴對美觀不太要求，無斑點和熔接痕，表面質量要求一般。在選擇分型面時，根據(jù)分型面的選擇原則，考慮不影響塑件的外觀質量以及成型后能順利取出塑件，泡沫滅火器噴嘴屬于薄壁殼小型塑件，塑件冷卻時會因為收縮作用而包覆在凸模上，所以，應有利于塑件滯留在動模一側，以便于脫模，并不影響塑件的質量和尺寸精度，以及外觀形狀。
綜上所述，泡沫滅火器噴嘴合理的分型面應選擇在下部。模具為三板模，上分型面，以保證產品質量，如圖所示：
7-1分型面圖
8 澆注系統(tǒng)的設計
注射模的澆注系統(tǒng)是指從注流道的開始端到型腔之間的熔體流動通道。它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳料，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內在和外表質量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設計及加工的復雜程度。
8.1澆注系統(tǒng)設計原則：
澆注系統(tǒng)的設計應保證塑件熔體的流動平穩(wěn)、流程應盡量短、防止型芯變形、整修應方便、防止制品變形和翹曲、應與塑件材料品種相適用、冷料穴設計合理、盡量減少塑料的消耗。
8.2主流道設計：
主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射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，因為要和注射機相配，所以其尺寸與注射機有關。
本塑件所用的材料為PA1010（低密度聚乙烯），根據(jù)其流動性特點，主流道設計的主要參數(shù)如下：
主要參數(shù)： 錐角=4°；內表面粗糙度Ra=0.08 ；
主流道大端呈圓角，半徑r=3mm,以減小料流轉過渡時的阻力，小端直徑d = D —(1~2)
襯套與主流道設計成整體,材料為T8，熱處理要求淬火為53-57HRC。
8.3分流道設計：
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U型等圓形和正方形截面流道的表面積與體積之比最小，塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高，但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實際生產中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
在分流道的設計時，應考慮盡量減小在流道內的壓力損失，盡可能避免熔體溫度的降低，同時還要考慮減小流道的容積。在此，選擇半圓形，取半圓直徑4.5mm.參見《塑料制品成型及模具設計》。
分流道的布置：
分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置分平衡式與非平衡式兩種，根據(jù)上面所選型腔的布局，分流道采用平衡式的布置如下圖：
圖8-1分流道
8.4澆口的設計：
澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的熔體通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。
其主要作用是：
（1）熔體充模后，澆口處首先凝固，可防止其倒流；
（2）熔體在流經狹窄的澆口時產生摩擦熱，使熔體升溫，有助于充模；
（3）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積的0.03-0.09，澆口的長度約為0.5mm-2mm,澆口的具體尺寸一般根據(jù)經驗確定，取其下限值。
當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內摩擦加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。
澆口位置的選擇：
澆口開設的位置對制品的質量影響很大，在確定澆口時，應遵循以下原則：
澆口應開在能使型腔各個角落同時充滿的位置
澆口應開設在制品壁厚較厚的部位，以利于補縮，
澆口的位置應選擇在有利于型腔中氣體的排除
澆口的位置應選擇在能避免制品產生熔合紋的部位，對于圓筒類制品，采用點澆口比側澆口好。
對于帶細長的型芯模具，宜采用中心頂部進料方式，以避免型芯因沖擊變形。
澆口應設在不影響制品外觀的部位
根據(jù)以上原則，泡沫滅火器噴嘴屬于圓筒類制品，故而采用點澆口。
基本參數(shù)如下圖所示:
澆注系統(tǒng)圖
圖8-2澆注系統(tǒng)圖
根據(jù)塑件的質量和外形尺寸等影響因素，初步取值如下：
由塑件質量W塑=2.66g可得 單位mm
D=6mm d=4mm R=15mm h=5mm d1=1mm
H1=4.5mm l=60~70mm L=25mm a=4。 a1=10。 L1=17mm
8.5冷料穴的設計
冷料穴是將主流道或分流道延長所形成的井穴。冷料穴一般設在主流道正對面的動模板上或處于分流道末端。其作用是存放料流前鋒的冷料，以防止冷料進入型腔而形成接縫；另外，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑宜大于大端直徑。冷料穴的形式有三種：一是與推桿匹配的冷料穴；二是與拉料桿匹配的冷料穴；三是無拉料桿的冷料桿。
本塑件采用無拉料桿的冷料穴。
8.6 排氣系統(tǒng)的設計
排氣槽的設計：
塑料熔體在充模的型腔過程中同時要排出型腔及流道原有的空氣，另外，塑料熔體會產生微量的分解氣體，所以長在分型面上開設排氣槽進行排氣。否則，被壓縮的空氣產生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦或塑件產生泡沫，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿。
當塑料熔體充填型腔時，必需順序地排出型腔及澆注系統(tǒng)內的空氣及塑料受熱而產生的氣體。如果氣體不能被順利地排出，塑件會由于充填不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺點；甚至因氣體受壓而產生高溫，使塑料焦化。
排氣方式：排氣槽一般通常開設在分型面上凹模一邊，位置位于塑料熔體流動的末端。一般情況下，排氣槽尺寸以氣體能夠順利排出而不產生溢料為原則。排氣槽寬度可取1.5～6 mm，深度可取0.025～0.1 mm，長度可取0.8～1.5 mm。
但對于此模具，無需設計專門的排氣槽來排氣，可通過分型面及活動型芯與模板之間配合間隙來排氣，足夠能使氣體順利排出。
在本設計中，可利用頂桿間隙和定模型芯間隙排氣，不再開設排氣系統(tǒng)。
9 塑料工藝尺寸的計算
注射模具的成型零件是指構成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型桿等。模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的計算，塑料模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側壁和底板厚度過小，可能因強度不夠而產生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產生撓曲變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。
設計時應首先根據(jù)塑料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結構、進澆點、分型面、排氣部位、脫模方式等，然后根據(jù)制件尺寸，計算成型零件的工作尺寸。
9.1凹模的的結構設計：
凹模又稱陰模，是成型塑件外輪廓的零件。凹模有整體結構式和組合式。
（1）整體式凹模：由整塊金屬材料直接加工而成，這種形式的結構簡單，牢固可靠，不易變形，成型的塑件質量較好。但當塑件形狀復雜時，采用一般機械加工方法制造型腔比較困難。因此它適用于形狀簡單的塑件。
（2）組合式凹模：對于形狀復雜的塑件或難于機械加工的整體式凹模，為了節(jié)省貴金屬，便于型腔加工，減少熱處理，通常采用組合式凹模。
本塑件的外形簡單，采用整體式凹模。其適用于形狀簡單且凸模高度較小的塑件，整體式凹模為非穿通式模體，強度好，不易變形。
9.2凸模的結構設計：
凸模，即型芯，是成型塑件內表面的成型零件，通?？煞譃檎w式和組合式。
組合式凸模：當塑件的內形比較復雜而不便于機械加工時，或形狀雖不復雜，但為了節(jié)省貴金屬，減少加工量，通常采用組合式凸模。固定板和凸?？煞謩e采用不同的材料制造和熱處理，然后再連接成一體，這種結構形式適用于大型凸模。
由泡沫滅火器噴嘴的特殊結構，有兩層，內有螺絲，采用鑲件組合式凸模。
塑件為PA1010制品，屬于大批量生產的小型塑件，預定的收縮率取1.5%至 3.5％。平均收縮率為2.5%,此產品采用6級精度，屬于一般精度制品。凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機械加工的型腔和型芯的制造公差可達到IT７～IT８級。
10 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，定位以及承愛一定的側向壓力。導向機構包括導柱導向和錐面定們兩種，根據(jù)本塑件的實際情況，采用導柱導向機構。
10.1導柱導向機構的作用：
定位件用：
模具閉合后，保證動定?；蛏舷履Ｎ恢谜_，保證型腔的形狀和尺寸精確，在模具的裝配過程中也起定位作用，便于裝配和調整。
導向作用：
合模時，首先是導向零件接觸，引導動定模或上下模準確閉合，避免型芯先進入型腔造成成型零件損壞。承受一定的側向壓力。
10.2導柱導套的設計原則：
（1）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，以保證模具的強度。
（2）導柱的長度應比型芯端面的高度高出6-8mm，以免型芯進入凹模時與凹模相碰而損壞。
（3）導柱和導套應有足夠的耐磨度和強度。
（4）為了使導柱能順利的進入導套、導柱端部應做成錐形或半球形，導套的前端也應倒角.
（5）導柱設在動模一側可以保護型芯不愛損傷，而設在定模一側則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。
(6)般導柱滑動部分的配合形式按H8/f8，導柱和導套固定部分配合按H7/k6，導套外徑的配合按H6/k6;
(7)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運動。
(8)導柱的直徑應根據(jù)模具大小而決定，可參考標準框架數(shù)據(jù)選取。
10.3導柱導套的設計：
雙分型的注射模，為了中間板在工作過程中的支承和導向，所以在定模一側一定要設置導柱。
如下圖所示：
圖10-1 模具結構圖
導柱的設計：
（1）該模具采用帶頭導柱，且不加油槽；
（2）導柱的長度必須比凸模端面高度高出6～8mm；
（3）為使導柱能順利地進入導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先導部分；
（4）導柱的直徑應根據(jù)模具尺寸來確定，應保證具有足夠的抗彎強度（該導柱直徑由標準模架
知為?20；
（5）導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/m6配合。導柱滑動部分按H7/f7或H8/f7的
間隙配合；
（6）導柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4μm；
（7）導柱滑動部分按H8/h8間隙配合，固定部分按H7/m6過渡配合
導柱的尺寸如下圖：
圖10-2 導柱圖
導柱與導套選用間隙配合.
導套的設計:
對導套的要求：
（1）為使導柱比較順利地進入導套，在導套的前端應倒有圓角R。
（2）對于大型注射模，當開模力過大時，為了防止導套拔出，應在導套上部加裝蓋板。
（3）導套材料可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，但其硬度應低于導柱的硬度，這樣可以改善摩擦，以防止導柱或導套拉毛。
（4）導套配合部分的表面光潔度不能過低。
（5）導套孔的滑動部分按H8/h8間隙配合，導套外徑按H7/m6過渡配合。
導套設計及尺寸如下圖所示:
圖10-3 導套圖
10.4導柱與導套的布置：
定端與模板間用H7/m6或H7/k6的過渡配合,導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
根據(jù)模具結構的要求，與導柱同動作的彈簧應布置4個，并盡可能對稱布置于A分型面的四周，以保持分型時彈力均勻，中間板不被卡死。
布局形式如圖所示：
圖10-4 導柱排布圖
11 脫模機構的設計
在注射成型的每一循環(huán)中，都必須便塑件從模具型腔中型芯上脫出,模具中這種脫出機構稱為脫模機構（或推出機構、頂出機構）。脫模機構的作用包括脫出、取出兩個動作，即首先將塑件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離，稱為脫出，然后把其脫出物從模具內取出。
11.1脫模機構的組成:
推出機構由推出零件、推出零件固定板和推板、推出機構的導向與復位部件組成。即推件板、推件板緊固螺釘、推板固定板、推桿墊板、頂板導柱、頂板導套以及推板緊固螺釘。
按推出零件的類別分類：
（1）推桿式脫模 （2）推管推出脫模 （3）推件板推出脫模，又稱卸料板或刮板。
（4）利用成型零件推出制品的脫模，適用于螺紋型環(huán)一類的制品，利用模具中某些成型零件推出塑件。 （5）多元聯(lián)合式脫模
按脫模動作分類：
（1）一次推出脫模 （2）二次推出脫模 （3）動定模雙向推出脫模 （4）帶螺紋塑件的脫模機構可采用強制脫模、活動型芯和型環(huán)形式脫螺紋及回轉式脫螺紋。
11.2設計原則：
(1)推出機構應盡量設在動模一側以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作；
(2)保證塑件不因推出而變形損壞,外形良好；
(3)結構簡單可靠:機械的運動準確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強度；
用推件板推出機構中，為了減少推件板與型芯的摩擦，在推件板與型芯間留0.20~0.25mm的間隙，并用錐面配合，防止推件因偏心而溢料。
復位零件：
對于推件板推出機構而言，由于推桿端面與推件板接觸，可以起到復位桿的作用。因此，可以不必再另外設置復位桿
排氣系統(tǒng)：
當塑料熔體填充型腔時,必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內的空氣及塑料受熱或凝固產生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內因各種原因而產生的氣體不被排除干凈,一方面將會在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積縮小而產生高溫會導致塑件局部碳化或燒焦（褐色斑紋），同時積存的氣體還會產生反向壓力而降低充模速度，因此設計型腔時必須考慮排氣問題。有時在注射成型過程中，為保證型腔充填量的均勻合適及增加塑料熔體匯合處的熔接強度，還需在塑料最后充填到的型腔部位開設溢流槽以容納余料，也可容納一定量的氣體。
通常中小型模具的簡單型腔，可利用推桿、活動型芯以及雙支點的固定型芯端部與模板的配合間隙進行排氣，其間隙為0.03~0.05mm。
12溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計
12.1模具冷卻系統(tǒng)的設計
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，我們在模具上需要設置溫度調節(jié)系統(tǒng)以到達理想的溫度要求。
一般注射模內的塑料熔體溫度為200℃左右，而塑件從模具型腔中取出時其溫度在60℃以下。所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效地冷卻，以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模，提高塑件定型質量和生產效率。對于熔融黏度低、流動性比較好的塑料，如聚丙烯、有機玻璃等等，當塑件是小型薄壁時，如我們的塑件，則模具課簡單地進行冷卻或利用自然冷卻不設定冷卻系統(tǒng)：當塑件是大型的制品時，則需要對模具進行人工冷卻。
12.2模具冷卻時間的確定
在注射過程中，塑件的冷卻時間是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時為止的這段時間。這一時間標準常以制品已充分固化定型而且具有一定的強度和剛度為準，確定生產周期：
式中t為生產周期（s）,t注為注射時間，t冷為冷卻時間，t澆為脫模時間,由《塑料制品成型及模具設計》 第237頁附錄D可查得t注15-60s,t冷15-60s，總周期t為40-140s;
12.3冷卻系統(tǒng)的設計原則
（1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡；
（2）冷卻水孔數(shù)量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越均勻；
（3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等；
（4）澆口處加強冷卻；
（5）應降低進水和出水的溫差；
（6）合理選擇冷卻水道的形式；
（7）合理確定冷卻水管接頭位置；
（8）冷卻系統(tǒng)的水道盡量避免與模具上其