水杯模具設(shè)計(jì)
機(jī)電工程學(xué)院模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè) 阮靖皓
摘要：嵌件成型（Insert Molding）指在模具內(nèi)裝入預(yù)先準(zhǔn)備的異材質(zhì)嵌件后注入樹(shù)脂，熔融的材料與嵌件接合固化，制成一體化產(chǎn)品的成型工法。為了增加塑料制品整體或某一部位的強(qiáng)度與剛度，滿足使用的要求，常在塑件體內(nèi)設(shè)置金屬嵌件。
隨著產(chǎn)品的功能的日益提高，嵌件模的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，目前已廣泛應(yīng)用于汽車零配件，家用電器，電腦，手機(jī)，連接器等的模具里。嵌件模有它的獨(dú)有的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)嵌件模時(shí)，塑膠件要放縮水，而嵌件一般是不放縮水的，這就涉及到塑件和嵌件的位置尺寸的處理問(wèn)題。由于嵌件的種類繁多，形狀大小不一，嵌件的安裝和定位，也是這類模具設(shè)計(jì)的另一難點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：水杯 模具結(jié)構(gòu)
目錄
水杯模具設(shè)計(jì) 1
引言 3
1 塑件工藝性分析 3
1.1 塑件的原材料分析 3
(1) 塑件材料性能分析 3
(2) 成型工藝性分析 5
1.2 塑件結(jié)構(gòu)分析 5
2 擬定模具結(jié)構(gòu)形式 6
2.1 分型面位置確定 6
2.2 型腔數(shù)量及排列方式確定 7
2.3 注塑機(jī)選擇和參數(shù)校核 7
2.3.1 注射量計(jì)算 7
2.3.2 投影面積及鎖模力的計(jì)算 8
2.3.3 選擇注射機(jī) 8
根據(jù)注射機(jī)的注射容量需大于46.2cm3、鎖模力需大于366.24kN， 9
2.3.4 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核 9
3 成型零件有關(guān)尺寸的計(jì)算 10
1）型腔徑向尺寸按以下公式計(jì)算 11
2）型腔深度尺寸按以下公式計(jì)算 11
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
4.1 澆口套的選用 14
4.2分流道的設(shè)計(jì) 15
（1）分流道截面形狀 15
（2）分流道的尺寸 15
4.3分流道的布置 16
4.4澆口設(shè)計(jì) 17
4.5澆口位置的選擇 18
5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及定位裝置的設(shè)計(jì) 19
5.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
5.2定位裝置的設(shè)計(jì) 20
6 脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
7 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22
8 繪制模具裝配圖以及模具的安裝試模 22
裝配的繪制 22
結(jié)論 25
謝辭 25
引言
近年來(lái)，中國(guó)塑料模具制造水平已有較大提高。目前，塑料模具在整個(gè)模具行業(yè)中所占比重約為30%，在模具進(jìn)出口中的比重高達(dá)50～70%。目前，帶嵌件模具發(fā)展也是相當(dāng)?shù)目臁，F(xiàn)在最常見(jiàn)帶嵌件模具是帶金屬嵌件的模具以及帶樹(shù)脂嵌件的模具。結(jié)合Pro/E、Moldex3D等CAE分析軟件一起對(duì)帶嵌件模具進(jìn)行模擬分析，從而來(lái)指導(dǎo)帶嵌件模具設(shè)計(jì)及其工藝方案的優(yōu)化，已經(jīng)成為了當(dāng)今社會(huì)的一個(gè)的重要研究手段。但是總體說(shuō)來(lái)，對(duì)帶嵌件的模具設(shè)計(jì)仍然還不成熟。
塑料產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到成型生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，它包括塑料制品設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具加工制造和模塑生產(chǎn)等幾個(gè)主要方面，它需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、模具設(shè)計(jì)師、模具加工工藝師及熟練操作工人協(xié)同努力來(lái)完成，它是一個(gè)設(shè)計(jì)、修改、再設(shè)計(jì)的反復(fù)迭代，不斷優(yōu)化的過(guò)程。傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)已越來(lái)越難以滿足市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的需要。計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，正在各方面取代傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)方式，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1 塑件工藝性分析
1.1 塑件的原材料分析
產(chǎn)品名稱: 水杯
型腔數(shù):一模四腔
生產(chǎn)類型:大批量
材料: PP
圖 1-1
(1) 塑件材料性能分析
PP塑料，化學(xué)名稱：聚丙烯 ??
英文名稱:Polypropylene（簡(jiǎn)稱PP）
比重:0.9-0.91克/立方厘米 成型收縮率:1.0-2.5% 成型溫度：160-220℃ 。
成分結(jié)構(gòu)
PP為結(jié)晶型高聚物，常用塑料中PP最輕，密度僅為0.91g/cm3（比水?。Ｍㄓ盟芰现?，PP的耐熱性最好，其熱變形溫度為80-100℃，能在沸水中煮。PP有良好的耐應(yīng)力開(kāi)裂性，有很高的彎曲疲勞壽命，俗稱“百折膠”。PP的綜合性能優(yōu)于PE料。PP產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學(xué)性好。PP的缺點(diǎn)：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差，它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化、變脆、易變形。
成型特性
1)結(jié)晶料,吸濕性小,易發(fā)生融體破裂,長(zhǎng)期與熱金屬接觸易分解。
2)流動(dòng)性好,但收縮范圍及收縮值大,易發(fā)生縮孔.凹痕,變形。
3)冷卻速度快,澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱,并注意控制成型溫度。料溫低溫高壓時(shí)容易取向,模具溫度低于50度時(shí),塑件不光滑,易產(chǎn)生熔接不良,流痕,90度以上易發(fā)生翹曲變形
4)塑料壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應(yīng)力集中。
PP與其它幾種主要的通用塑料的性能比較
表1-1 材料性能表
材料性能、種類
PP
PE
PVC
PS
ABS
密度
最小
小于水
較大
略高于水
略高于水
剛性
較好
差
好
好
好
收縮率
差
一般
好
好
好
韌性
低溫下差
好
差
差
好
強(qiáng)度
較高
低
較高
高
高
耐熱性
好
一般
差
較差
較差
化學(xué)穩(wěn)定性
好
好
好
好
好
耐候性
差
差
一般
一般
較差
毒性
無(wú)毒
無(wú)毒
可以無(wú)毒
無(wú)毒
無(wú)毒
粘合劑粘合
差
差
好
一般
一般
熱合性
一般
好
一般
一般
一般
成型加工性
好
好
不易
好
好
(2) 成型工藝性分析
PP在熔融溫度下有較好的流動(dòng)性，成型性能好，PP在加工上有兩個(gè)特點(diǎn)：其一：PP熔體的粘度隨剪切速度的提高而有明顯的下降（受溫度影響較?。?；其二：分子取向程度高而呈現(xiàn)較大的收縮率。
PP的加工溫度在200-300℃左右較好，它有良好的熱穩(wěn)定性（分解溫度為310℃），但高溫下（270-300℃），長(zhǎng)時(shí)間停留在炮筒中會(huì)有降解的可能。因PP的粘度隨著剪切速度的提高有明顯的降低，所以提高注射壓力和注射速度會(huì)提高其流動(dòng)性，改善收縮變形和凹陷。模溫宜控制在30-50℃范圍內(nèi)。PP熔體能穿越很窄的模具縫隙而出現(xiàn)披鋒。PP在熔化過(guò)程中，要吸收大量的熔解熱（比熱較大），產(chǎn)品出模后比較燙。PP料加工時(shí)不需干燥，PP的收縮率和結(jié)晶度比PE低。
1.2 塑件結(jié)構(gòu)分析
塑件的具體結(jié)構(gòu)如圖所示。其中塑件外形結(jié)構(gòu)大致圓柱形，帶有拔模角度，注塑重點(diǎn)在于，注塑時(shí)不能出現(xiàn)澆不足，收縮均勻。同時(shí)外觀要求不能有熔接痕、脫模痕, 不能有劃傷、變形、飛邊，必須符合GB/T 2828.1、QC/T 32-2006和GB/T 3730.1-2001。
制品尺寸精度分析。該塑件尺寸無(wú)特殊要求，尺寸精度按MT5查取公差。該塑件內(nèi)外尺寸均受到模具活動(dòng)的影響，故為B類尺寸。據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)塑件尺寸公差（GB/T144486-1993）查得，該零件主要尺寸如下所示：
表1-2
塑件標(biāo)注尺寸
尺寸公差（MT5）
塑件標(biāo)注尺寸
尺寸公差（MT5）
尺寸
18
18±0.3
尺寸
1
1±0.3
20
20±0.3
32
32±0.3
23
23±0.3
33
33±0.3
25
25±0.3
27
27±0.3
圖1-2 水杯三維圖
2 擬定模具結(jié)構(gòu)形式
2.1 分型面位置確定
在模具設(shè)計(jì)初期階段，應(yīng)首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設(shè)計(jì)制造都有很大影響。因此，分型面的選擇是在注射模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素。
分型面的選擇主要應(yīng)遵循以下原則：
（1) 分型面應(yīng)選在塑件外形最大截面處。
（2) 便于塑件順利脫模，盡可能使塑件留在動(dòng)模一側(cè)。
（3) 有利于保證塑件的精度要求。
（4) 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。
（5) 有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。
（6) 盡量減少塑件在合模方向上的投影面積。
（7) 有利于排氣。
綜合上述的各原則，分型面可取在制件的最大投影面積處。
圖 2-1 分型面
2.2 型腔數(shù)量及排列方式確定
該塑件三維是?54上×?40下×66高mm，為中小型尺寸工件，采用一模四腔，大批量生產(chǎn)。排列如圖所示。
圖 2-2 型腔排列
2.3 注塑機(jī)選擇和參數(shù)校核
2.3.1 注射量計(jì)算
模具所需塑料熔體注射量m = nm1 + m2 (3-1)
式中： m— 一副模具所需塑料的質(zhì)量或體積（g或cm3）;
n — 初步選定的型腔數(shù)量；
m1— 單個(gè)塑件的質(zhì)量或體積（g或cm3）
m2— 澆注系統(tǒng)的質(zhì)量或體積（g或cm3）
其中m2是個(gè)未知值（注塑廠的統(tǒng)計(jì)資料），在做設(shè)計(jì)時(shí)以0.6nm1來(lái)估算，即
m = 1.6n m1 (3-2)
經(jīng)proe分析，塑件質(zhì)量m1= 5.9480.91=5.412g，所以注射量m=1.6nm1=1.645.4=34.56g
2.3.2 投影面積及鎖模力的計(jì)算
塑件和流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積及所需鎖模力為：
A = nA1+A2 (3-3)
Fm=(nA1+A2)P型 (3-4)
式中： A —塑件及流道凝料在分型面上的投影面積（mm2）;
A1—單個(gè)塑件在分型面上的投影面積（mm2）；
A2—流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積（mm2）;
Fm —模具所需的鎖模力（N）；
P型—塑料熔體對(duì)型腔的平均壓力（MPa）。
表5-1 常用塑料注射成型時(shí)型腔平均壓力 單位：MPa
塑件特點(diǎn)
P型
舉例
容易成型塑件
25
PE、PP、PS等壁厚均勻的日用品，
一般塑件
30
容器類
中等黏度塑件及有精度要求塑件
35
在模溫較高的情況下，成型薄壁容器類
高黏度塑料及高精度、難充模塑料
40
ABS、POM等有精度要求的零件，如殼類等高精度的機(jī)械零件，如齒輪、凸輪等
流道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積A2，在模具設(shè)計(jì)前是個(gè)未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析，A2是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積的0.2倍到0.5倍，因此可用0.45nA1來(lái)估算，另外部分塑料注射壓力P可查相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)moldex 3D 的計(jì)算，總投影面積為：9156mm2。
所以：A=4（3.14*27*27）=9156mm2
Fm =AP型=9156×40=366.24kN
2.3.3 選擇注射機(jī)
根據(jù)上面計(jì)算得到的m和Fm值來(lái)選擇一種注射機(jī)，注射機(jī)的最大注射量（額定注射量G）和額定鎖模力F滿足
G≥ m/α (3-5)
式中α—注射系數(shù)，無(wú)定型塑料取0.85，結(jié)晶型塑料取0.75。
F>Fm (3-6)
則：G≥m/α→G≥34.56g/0.85=40.66g
生產(chǎn)原料密度為1.76g/cm3 注射容量為23.1 cm3
一般注塑機(jī)澆注塑料原料時(shí), 其每次注射量?jī)H達(dá)標(biāo)準(zhǔn)注射量的75 %。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定, 表面光澤、色調(diào)的均勻, 要求注射量為標(biāo)定注射量的50 %為宜，即46.2cm3。
根據(jù)注射機(jī)的注射容量需大于46.2cm3、鎖模力需大于366.24kN，
又由于《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2-40選擇注射機(jī)XS-ZY-1000螺桿式注射機(jī)，其參數(shù)如下：
額定注射量：1000
螺桿直徑：85mm
注射壓力：178Mpa
鎖模力：4500KN
模板行程：700-mm
模具最大厚度：700mm
模具最小厚度：300mm
模板尺寸：700×850mm
拉桿空間：650×550mm
定位孔直徑：150mm
合模方式：液壓—機(jī)械
2.3.4 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
（1） 最大注塑量校核
模具成型塑料制品和流道凝料總質(zhì)量應(yīng)小于注塑機(jī)的額定注塑量的80%，所以額定注塑量Ｍ≥138.24g÷80%=172.8g，選定的注塑機(jī)額定注塑量為1000cm3×1.76g/cm3=1760g，注塑量校核合格。
（2） 鎖模力校核
F≥kAp型=1.2*366.24KN =439.482KN，所選注塑機(jī)的鎖模力為4500KN，鎖模力校核合格。
（3） 注射壓力的校核
注射機(jī)的最大壓力應(yīng)大于塑件成型所需的壓力，即
(3-7)
式中：——注射機(jī)最大注射壓力(Mpa)；
——塑件成型所需的注射壓力(Mpa)；
采用柱塞式注塑機(jī)PPA注射壓力為140～180MPa，螺桿式注塑機(jī)則取120～140MPa為宜，因此選定的注塑機(jī)的注射壓力：178 Mpa，滿足要求。
3 成型零件有關(guān)尺寸的計(jì)算
（1）型芯設(shè)計(jì)
圖3-1 型芯
型芯的尺寸計(jì)算
型芯的尺寸按以下公式計(jì)算
D=〈〔1+〕d+xΔ〉
式中D—型芯外徑尺寸
d—塑件內(nèi)形尺寸
Δ—塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
（2） 型腔設(shè)計(jì)
圖3-2 型腔
1）型腔徑向尺寸按以下公式計(jì)算
D=〈〔1+〕d－xΔ〉
式中D—型腔的內(nèi)形尺寸
d—塑件外形基本尺寸
Δ— 塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取Δ/2。
2）型腔深度尺寸按以下公式計(jì)算
=
式中—型腔深度
—塑件外形高度尺寸
Δ— 塑件公差
—塑料平均收縮率
—成形零件制造公差,取
（3） 由于該產(chǎn)品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。一般取Ra1.6,在機(jī)床上加工就可以直接投入使用，不需要經(jīng)過(guò)其它的特殊加工?？紤]模具的修模以及型芯的磨損，在精度范圍內(nèi)，型芯尺寸盡量取大值。而型腔則取大值，型腔的表面粗糟將決定產(chǎn)品的外觀，因此型腔的表面粗糙度則要求較高，一般取Ra0.8～0.4。在本次設(shè)計(jì)中，型腔取Ra0.8。
（4） X——綜合修正系數(shù)（考慮塑料收縮率的偏差和波動(dòng)，成型零件的磨損等因素），塑件精度低、批量較小時(shí)，X取1/2；塑件精度高、批量比較大，X取3/4，根據(jù)設(shè)計(jì)要求取X為0.5。
要計(jì)算型芯、型腔的工作尺寸，必先確定塑件的公差及模具的制造公差。根據(jù)要求塑件精度取五級(jí)精度。根據(jù)塑料制件公差數(shù)值表（SJ1372—78）塑件在五級(jí)精度下，基本尺寸對(duì)應(yīng)的尺寸公差如下：
表3-4 基本尺寸公差
基本尺寸㎜
公差㎜
基本尺寸㎜
公差㎜
＜3
0.16
3~6
0.18
6~10
0.20
10~14
0.22
14~18
0.24
18~24
0.28
24~30
0.32
30~40
0.36
40~50
0.40
50~65
0.46
65~80
0.52
80~100
0.60
100~120
0.68
（1）型腔：寬度方向d=240；取=0.25%（以下收縮率都取0.25%）
D=[（1+0.0025）×240－0.5×0.60]=240.3
長(zhǎng)度方向 d2’=240;
D2’=[（1+0.0025）×240－0.5×0.68]=240.26
（2）型腔深度：H=66.4 ; X=0.4
H=[(1+0.0025) ×66.4+0.4×0.18]=66.638
（3）型芯：
寬度方向d=46
D=[（1+0.0025）×46+0.5×0.60]=46.415
高度方向d=64.4
D=[（1+0.0025）×64.4+0.5×0.68]=64.9
（5）型腔的強(qiáng)度及剛度要求
塑料模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度計(jì)算是模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，尤其對(duì)大型模具更為突出。目前常用的計(jì)算方法有按強(qiáng)度條件計(jì)算和按剛度條件計(jì)算兩類，但塑料模具要求既不許因強(qiáng)度不足而發(fā)生明顯變形，甚至破壞，也不許剛度不足而變形過(guò)大的情況，因此要求對(duì)強(qiáng)度和剛度加以考慮。對(duì)于型腔主要受到的力是塑料熔體的壓力，在塑料熔體的壓力作用下，型腔將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形。如果型腔側(cè)壁和底壁厚度不夠。當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)材料的許用應(yīng)力時(shí)，型腔發(fā)生強(qiáng)度破壞，與此同時(shí)，剛度不足則發(fā)生彈性變形，從而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，將影響塑件成型質(zhì)量，所以模具對(duì)強(qiáng)度和剛度都有要求。
但是，實(shí)踐證明，模具對(duì)強(qiáng)度和剛度的要求并非同時(shí)兼顧，對(duì)大型腔，按剛度條件，對(duì)小型腔則按強(qiáng)度條件計(jì)算即可。（在本設(shè)計(jì)中按強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算）
對(duì)長(zhǎng)方形型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算
1）型腔底板厚度：
式中——型腔內(nèi)塑料熔體的壓力（MPa），一般取25~45MPa
L——型腔側(cè)壁邊長(zhǎng)（mm）
b——型腔寬度（mm）
B——凹模寬度（mm）
[σ]——材料的許用應(yīng)力，一般取100Mpa
——型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊尺寸（mm）
=36.65mm
由于根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模架查得定模板的厚度為40mm，綜合各方面考慮，現(xiàn)確定定模板厚為40mm，可以滿足型腔的強(qiáng)度要求。
2）確定型腔的壁厚
表3-5 型腔壁厚關(guān)系表
型腔寬度
鑲拼式腔壁厚
40
9
＞40～50
9～10
＞50～60
10～11
＞60～70
11～12
＞70～80
12～13
＞80～90
13～14
＞90～100
14～15
＞100～120
15～17
＞120～140
17～19
＞140～160
19～21
4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)它是獲得優(yōu)良性能和理想外觀的塑件以及最佳的成型效率有直接影響。 此塑件采用普通流道系統(tǒng)，它是主由流道、分流道、澆口、冷料穴組成的。澆注系統(tǒng)是一副模具的重要的內(nèi)容之一。從總體來(lái)說(shuō)，它的作用可以作如下歸納：它是將來(lái)自注塑機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸教送到型腔，同時(shí)使型腔的氣體能及時(shí)順利排出，在塑件熔體填充凝固的過(guò)程中，將注塑壓力有效地傳遞到型的各個(gè)部位，以獲得形完整、內(nèi)外在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件制件。
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一般原則：了解塑件的成型性能和塑件熔料的流動(dòng)特性。采用盡量短的流程，以降低熱量與壓力損失。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該有利于良好的排氣，澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利填充型腔。便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量。確保均勻進(jìn)料。
4.1 澆口套的選用
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動(dòng)和開(kāi)模時(shí)主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間。另外，由于其與高溫熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的澆口套。
主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)件可選購(gòu)。主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，易磨損，對(duì)材料要求較嚴(yán)格，因而盡管小型注射模可以將主流道澆口與定位圈設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)，以便于拆卸更換。同時(shí)，也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理。設(shè)計(jì)中常采用碳素工具鋼（T8A或T10A），熱處理淬火表面硬度為50～55HRC，澆口套屬于標(biāo)準(zhǔn)件，在選夠澆口套時(shí)應(yīng)注意：澆口套進(jìn)料口直徑和球面坑半徑。因此，所選澆口套如圖所示：
圖4-1 澆口套
4.2分流道的設(shè)計(jì)
（1）分流道截面形狀
分流道截面形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比表面積最?。鞯辣砻娣e與體積之比稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降少，阻力亦小，流道的效率最高。但加工較困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
（2）分流道的尺寸
分流道尺寸由塑料品種、塑件的大小及長(zhǎng)度確定。對(duì)于重量在200g以下，壁厚在3mm以下的塑件可用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算分流道的直徑，如式。
D=0.2654W1/2 L1/4
式中：D---分流道的直徑，mm;
W---塑件的質(zhì)量，g；
L---分流道的長(zhǎng)度，mm.
此式計(jì)算的分流道直徑限于3.2mm～9.5mm.對(duì)于HPYC和PMMA。應(yīng)將計(jì)算結(jié)果增加25％。對(duì)于梯形分流道，H=2D/3；對(duì)于U形分流道，H=1.25R，R=0.5D。D算出后一般取整數(shù)；對(duì)于半圓形H=0.45R
對(duì)于流動(dòng)性極好的塑料（如PE，PA等），當(dāng)分流道很短時(shí)，其直徑可小到2mm左右；對(duì)于流動(dòng)性差的塑料（如PC，HPVC及PMMA等），分流道直徑可以大到13mm;大多數(shù)塑料所用分流道的直徑為6mm～10mm。
圖4-2 分流道布局
4.3分流道的布置
(1）在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體順利充滿型腔的前提下，分流道截面面積與長(zhǎng)度盡量取小值，分流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)圓弧過(guò)度。
（2）分流道較常時(shí)，在分流道的末端應(yīng)開(kāi)設(shè)冷料井。
（3）分流道的位置可單獨(dú)開(kāi)設(shè)在定模板上或動(dòng)模板上，也可以同時(shí)開(kāi)設(shè)在動(dòng)、定模板上，合模后形成分流道截面形狀。
（4）分流道與澆口連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過(guò)度。
在單腔模中，常不設(shè)分流道，而在多腔模中，一般都設(shè)置有分流道，塑料沿分流道流動(dòng)時(shí)，要求通過(guò)它盡快地充滿型腔，流動(dòng)中溫度降低盡可能小，阻力盡可能低。同時(shí)，應(yīng)能將塑料熔體均衡地分配到各個(gè)型腔。從前兩點(diǎn)出發(fā)，分流道應(yīng)短而粗。但為了減少澆注系統(tǒng)的加回料量，分流道亦不能過(guò)粗。過(guò)粗的分流道冷卻緩慢，還倒增長(zhǎng)模塑的周期。而該設(shè)計(jì)中使用了梯形斷面形狀的分流道。如圖所示；
圖4-3 分流道橫截面
4.4澆口設(shè)計(jì)
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。它是整個(gè)澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵的部位，也是最薄點(diǎn)。其形狀、大小及位置應(yīng)根據(jù)塑件大小、形狀、壁厚、成型材料及塑件技術(shù)要求等進(jìn)行而確定。澆口分限制性澆口和非限制性澆口，該塑件采用的是限制性澆口，它一方面通過(guò)截面積的突然變化，使分流道輸送來(lái)的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，有利于塑料進(jìn)入，使其充滿型腔。另一方面改善塑料熔體進(jìn)入型腔的流動(dòng)特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時(shí)充滿，可控制填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及塑件表面質(zhì)量，，同時(shí)還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分開(kāi)的作用。
設(shè)計(jì)中，澆口的位置及尺寸的要求是比較嚴(yán)格的，初步試模，必要時(shí)還需要修改。因此澆口的位置的開(kāi)設(shè)，對(duì)成型性能及成型質(zhì)量的影響是很大的。一般在選擇澆口位置時(shí)，需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝及特征，成型質(zhì)量和技術(shù)要求，綜合分析。一般要滿足以下原則：
(1) 盡量縮短流動(dòng)距離。
(2) 澆口應(yīng)開(kāi)設(shè)在塑件的壁厚。
(3) 必須盡量減少或避免產(chǎn)生熔接痕。
(4) 應(yīng)有利于型腔中氣體的排除。
(5) 考慮分子定向的影響。
(6) 避免產(chǎn)生噴射和蠕動(dòng)。
(7) 在承受彎曲沖擊載荷的部位設(shè)置澆口。
(8) 澆口位置的選擇應(yīng)注意塑件的外觀質(zhì)量。
澆口的形狀和尺寸對(duì)制品質(zhì)量影響很大，澆口在多情況下，系整個(gè)流道斷面尺寸最小的部分（除主流道型的澆口外），一般匯報(bào)口的斷面積與分流道的斷面積之比約為0.03～0.09。斷面形狀如圖5.4所示，澆口臺(tái)階長(zhǎng)1～1.5㎜左右．雖然澆口長(zhǎng)度比分流道的長(zhǎng)度短的多，但因?yàn)槠鋽嗝娣e甚小，澆口處的阻力與分流道相比，澆口的阻力仍然是主要的，故在加工澆口時(shí)，更應(yīng)注意其尺寸的準(zhǔn)確性。
然而，根據(jù)塑件的樣品圖、生產(chǎn)的批量等，采用一模四腔結(jié)構(gòu)。澆口采用點(diǎn)澆口 具體尺寸見(jiàn)圖。
圖 4-4 澆點(diǎn)
4.5澆口位置的選擇
（1）澆口的位置的應(yīng)使填充型腔的流程最短這樣的結(jié)構(gòu)使壓力損失最小，易保證料流充滿整個(gè)型腔。對(duì)于型塑件，要進(jìn)行流動(dòng)比的校核。流動(dòng)比K由流動(dòng)通道的長(zhǎng)度L與厚度t之比來(lái)確定。如下式：
K=Σ（Lτ/tτ）
式中：Lτ---各段流程的長(zhǎng)度，mm;
tτ---各段流程的厚度或直徑，mm;
流動(dòng)比的允許值隨塑料熔體的性質(zhì)、溫度壓力等的不同而變化。流動(dòng)比的計(jì)算公式為：
①K=L1/t 1+L 2+L 3/t 2
②K= L1/t 1+L 2/t 2+L 3/t 3+2L 4/t 4+L 5/t 5
(2) 澆口位置的選擇要避免塑件變形
（3）澆口位置的設(shè)置應(yīng)減少或避免產(chǎn)生熔接痕
熔接痕是充型時(shí)前端較冷的料流在型腔中的對(duì)接部位，它的存在會(huì)降低塑件的強(qiáng)度，所以設(shè)置澆口時(shí)應(yīng)考慮料流的方向。為提高熔接痕處強(qiáng)度，可在熔接處增設(shè)溢流槽，使冷料進(jìn)入逸流槽。筒形塑件采用環(huán)行澆口無(wú)熔接痕，而輪輻式澆口會(huì)有熔接痕產(chǎn)生。澆口的位置塑與件質(zhì)量有直接影響,位置選擇不當(dāng)會(huì)使塑件產(chǎn)生變形、熔接痕等缺陷。澆口位置的選擇如總裝圖所示。
5 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及定位裝置的設(shè)計(jì)
5.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)采用的是簡(jiǎn)化型三板模標(biāo)準(zhǔn)模架其中沒(méi)有導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)可以用大拉桿代替，大拉桿的具體設(shè)計(jì)如圖所示：
圖 5-1大拉桿
5.2定位裝置的設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)為多分型面開(kāi)模，在定模一側(cè)設(shè)置了脫澆道板，即分流道推板，故必須設(shè)置限位導(dǎo)柱，以便在澆注系統(tǒng)順利脫模后，開(kāi)始進(jìn)行塑件的開(kāi)模及頂出，限位導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖 5-2限位導(dǎo)柱的裝配形式
限位導(dǎo)柱的長(zhǎng)度由各模板厚度及開(kāi)模行程決定，限位導(dǎo)柱的長(zhǎng)度：
L=200mm
定距螺釘?shù)闹睆剑篋=16mm
6 脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在注塑成型的每一個(gè)循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中脫出，在該設(shè)計(jì)中，為了使符合脫模機(jī)構(gòu)的要求：
使塑件留于動(dòng)模；
塑件不變形損壞
這是脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)達(dá)到的基本要求。要做到這一點(diǎn)首先必須分析塑件對(duì)模腔的附著力的大小和所在部位，以便選擇合適的脫模方式和脫模位置，使脫模力得以均勻合理的分布。
良好的塑件外觀
頂出塑件的位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部，以免損壞塑件的外觀。
結(jié)構(gòu)可靠
因此，根據(jù)裝配圖，其模具結(jié)構(gòu)的脫模機(jī)構(gòu)主要由脫料板將余料打出模外，然后由司筒推動(dòng)塑件使工件推出，還有在設(shè)計(jì)主型芯時(shí)也會(huì)有一定的撥模作斜度3°～5°。
本次設(shè)計(jì)的制件需要用點(diǎn)澆口進(jìn)行入澆 這樣我們就需要設(shè)計(jì)為三板模，三板模相對(duì)普通的模具多了一個(gè)脫料板，脫料板的作用是將凝料與產(chǎn)品分開(kāi)切斷以及將凝料打出模外。
本次設(shè)計(jì)的模具的運(yùn)動(dòng)過(guò)程大致如下：
開(kāi)模的時(shí)候，動(dòng)模板13在如圖12彈簧的作用下首先分開(kāi)，這樣分流道的凝料將會(huì)被18拉料銷拉住留在14脫料板一側(cè)，當(dāng)動(dòng)模板13運(yùn)動(dòng)一定距離帶動(dòng)11小拉桿的限位桿運(yùn)動(dòng) 從而帶動(dòng)脫料板將留在脫料板一側(cè)的凝料以及主流道的余料打出模外，小拉桿運(yùn)動(dòng)一些距離被定模座板固定不能運(yùn)動(dòng)后 小拉桿拉住定模版使其靜止不動(dòng) 而動(dòng)模部分繼續(xù)開(kāi)模運(yùn)動(dòng) 注塑機(jī)的頂輥?zhàn)饔庙敆U固定板作用在復(fù)位桿上 使復(fù)位桿作用推件板運(yùn)動(dòng) 推件板將產(chǎn)品頂出模外，至此一次完整的注塑過(guò)程就完成了。
7 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
塑料在熔化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氣體，所以當(dāng)塑料在充滿型腔時(shí)及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣，如果在型腔中不及時(shí)排除干凈，可以會(huì)在塑件上形成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等缺陷。另一方面氣體的受壓產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，還可能造成塑件碳化或燒焦。注射成型時(shí)的排氣可采用如下四種方式排氣：
（1） 利用配合間隙排氣；
（2） 在分型面上開(kāi)設(shè)排氣槽排氣；
（3） 利用排氣守排氣；
（4） 強(qiáng)制性排氣；
該模具是采用利用配合間隙排氣。其間隙值約為0.03~0.05mm.它常用于中小型的簡(jiǎn)單模具。
8 繪制模具裝配圖以及模具的安裝試模
裝配的繪制
模具整體設(shè)計(jì)也就是模體的設(shè)計(jì)，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，模體設(shè)計(jì)已接近標(biāo)準(zhǔn)化，可以從市場(chǎng)上購(gòu)買相應(yīng)的模體。標(biāo)準(zhǔn)模體一般包括定模板、動(dòng)模板、墊塊、頂出固定板、頂板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿等。標(biāo)準(zhǔn)模架有12種結(jié)構(gòu)，15876種規(guī)格。在本次設(shè)計(jì)中，澆口套、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂桿、水嘴都采用標(biāo)準(zhǔn)件，可以外購(gòu)?？傃b圖主視圖如圖所示：
圖 8-1 定模板
圖 8-2 動(dòng)模板
圖 8-3 裝配三維圖
圖 8-4 總裝配二維圖
結(jié)論
為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，也就意味著我的大學(xué)生活即將結(jié)束，但在這一個(gè)學(xué)期的時(shí)間里我學(xué)到了很多知識(shí)和技能。
雖然每學(xué)期都安排了課程設(shè)計(jì)或者實(shí)習(xí)，但是沒(méi)有一次課程設(shè)計(jì)能與此次相比，設(shè)計(jì)限定了時(shí)間長(zhǎng)，而且是一人一個(gè)課題要求更為嚴(yán)格，任務(wù)更加繁多、細(xì)致、要求更加嚴(yán)格、設(shè)計(jì)要求的獨(dú)立性更加高。要我們充分利用在校期間所學(xué)的課程的專業(yè)知識(shí)理解、掌握和實(shí)際運(yùn)用的靈活度。在對(duì)設(shè)計(jì)的態(tài)度上的態(tài)度上是認(rèn)真的積極的。
通過(guò)近一學(xué)期畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，給我最深的感受就是我的設(shè)計(jì)思維得到了很大的鍛煉與提高。作為一名設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)出有創(chuàng)意而功能齊全的產(chǎn)品，就必須做一個(gè)生活的有心人。多留心觀察思考我們身邊的每一個(gè)機(jī)械產(chǎn)品，只有這樣感性認(rèn)識(shí)豐富了，才能使我們的設(shè)計(jì)思路具有創(chuàng)造性。
謝辭
首先感謝吳國(guó)洪老師在我完成該論文過(guò)程中給予的悉心指導(dǎo)，指出本人設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤與不足，使得本人能按時(shí)完成本課題的設(shè)計(jì)。并與其他同學(xué)的共同討論下，掌握了注塑模設(shè)計(jì)基本原則以及設(shè)計(jì)中對(duì)軟件的應(yīng)用能力。
設(shè)計(jì)中還引用了不少工廠的經(jīng)驗(yàn)以及多位專家學(xué)者的著作，從中學(xué)到了很多設(shè)計(jì)技巧。使我初步認(rèn)識(shí)到了以后工作中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，如何去解決，這將對(duì)我以后的工作有很好的幫助作用，在這里一并表示感謝。
最后，通過(guò)本設(shè)計(jì)我鞏固了所學(xué)專業(yè)知識(shí)，并得到了不少心得。但由于是第一次系統(tǒng)的做這樣規(guī)模的設(shè)計(jì)，會(huì)有不少缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，歡迎審核答辯的老師批評(píng)指正，在此再次表示感謝。
參考文獻(xiàn)
[1] 黃毅宏 模具制造工藝. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 1999
[2] 周四新,和清芳 Pro/ENGINEER野火版基礎(chǔ)設(shè)計(jì). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2004
[3] 中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)組編 塑料模設(shè)計(jì)與制造. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社 2005
[4] 馬廣、王志明 模具CAD/CAM項(xiàng)目化實(shí)訓(xùn)教程. 北京：科學(xué)出版社 2009
[5] 伍先明等 塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo). 北京：國(guó)防工業(yè)出版社 2006.5
[6] 李學(xué)鋒等 模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)教程. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2004
[7] 黃虹 塑料成型加工與模具. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2006