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塑料模具设计论文
塑料模具设计论文

1 绪 论
1.1 课题背景
模具是工业生产的基础工艺装备，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，越来越引起国民经济各产业部门的重视。国外将模具比喻为“工业之母”、“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”。日、美等工业发达国家模具的产值早已超过了机床工业的产值。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。模具技术是精密成形技术中的一项关键技术。模具既直接为高新技术产业化服务，又大量采用高新技术，如CAD/CAE/CAM，新工艺、新材料，各类先进制造技术及装备等，模具工业已成为高新技术产业的重要组成部分。由于模具在各行业中应用日益广泛，我国模具总量又供不应求，因此模具已成为许多工业产品发展的“瓶颈”。
日前，我国模具行业的生产企业和职工总数在世界上的排名已跃居第一，生产销量排名世界第三。但是，由于创新能力弱，行业关键技术难以突破，使得我国模具行业长期以来面临着“低端竞争、高端进口”的尴尬局面。据了解，在我国目前的模具企业中，产值过亿的企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业，多数只有几十名职工，百十万元产值，很多企业依然采用传统的作坊式的管理方式。技术水平落后，生产效率低，这使得我国几乎所有的模具企业都只能生产中低档的模具产品，而高中档产品只能大量进口。
2008年，由美国次债危机引发的国际金融危机并没有随着各国政府救市计划的实施而缓解，反而开始扩散到实体经济，并逐渐蔓延到世界的各个角落、各个行业，并有可能进而向经济危机转化。受全球金融危机的影响，中国经济出现了增速放缓的现象，加上成本上升、效益下滑等因素，已影响到部分企业的投资意愿和能力，进而对消费增长构成制约。
1.2 我国塑料模具的发展现状
装备制造业在2007年的迅速发展，尤其是汽车和电子电器产品的高速增长，为模具工业的发展营造了良好的市场环境。虽然统计数据尚未出来，但根据产需两旺、持续高速运行的发展态势分析，模具行业2007年的发展速度要高于上年的18%，可望达到20%以上。预计我国模具产品全年销售额可超过860亿元，其中模具出口增幅有望超过25%，达到13亿美元。
除了发展速度继续提升外，我国模具行业在2007年还呈现出三大亮点：
一是模具向大型、精密、复杂方向发展成果突出，如已生产出了单套重量达到100吨的巨型模具及型腔精度达到0.5μm的超精模具和能与2500次/分高速冲床相匹配的精密多工位级进模等；模具专业化和标准化程度得到进一步提高；行业结构进一步改善，如产品结构和进出口结构正在不断趋向合理化等，行业正在形成一个以数字化和信息化为主要内容的技术改造热潮，发展后劲充足等。
二是行业骨干队伍正快速形成，集群式生产方式得到进一步发展，劳动生产率不断提高。继2006年之后，全国的模具城得到了进一步发展。模具城的产出要比上年增长25%以上。模具行业全员劳动生产率比上年有10%以上的提高。
三是国际合作进一步发展，中国模具正在加速融入世界，因而也为中国模具今后的进一步发展创造了更为有利的条件。无论是出展出访还是来展来访，中国模具行业2007年国际合作方面的活动都要比往年更丰富，参与的企业数和人数更多，成效更加显著。
在中国模具工业2007年可喜的发展中也有隐忧。
隐忧之一是生产模具的原材料、人工等成本费用不断上涨，2007年又比上年涨了20%左右，致使模具企业利润空间进一步受挤压，利润率进一步下降，有些企业已出现亏损，显得难以为继。
隐忧之二是模具人才，特别是高技能、高水平人才全行业缺乏，这已制约了模具行业的进一步发展。由于总数量的供不应求，高层次人才的正常流动现在已变得有一些不正常了，用人单位的用人成本也显著增加。同时，人才素质也亟待提高。
隐忧之三是在模具行业国内外市场前景良好和现有企业大多利好的情况下，模具行业固定资产投入年复一年不断攀升，尤其是外资和民间投资更为踊跃投入，致使某些领域已呈饱和之势和低水平的重复。
业内普遍认为，在国家宏观调控下，国民经济发展仍将保持高速增长，国内外模具市场继续看好。
1.3 我国塑料模具的主要发展方向
模具方面，中国经济的持续高速发展，为模具工业的发展提供了广阔的空间。模具行业在今后的发展中，首先要更加注意其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业要紧紧地跟着市场的需求来发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。模具技术水平的高低，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。在塑料模工业发展上，我国今后可能将扶植以下的发展方向：
1、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。
2、在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高。
3、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。
4、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。
5、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

2 塑料接线盒盒体注塑模具设计
2.1 塑件工艺性分析
2.1.1 塑料产品的分析
塑件如图1所示，该塑件是接线盒盒体，主要用于电话线和电话机的连接，使电话机保持畅通的连接。在此塑件中保持电话线相接的主要是两个铜制嵌件，如图2所示，嵌件上有两个螺钉的螺纹孔，电话线和电话线可以用螺钉固定，利用嵌件的导电性进行连接。制件的中间有一个M14X2的螺纹孔，主要是和接线盒盒盖进行连接。接线盒两侧是进线处，用来引接电话线。整个塑件尺寸较小，结构较为简单、壁厚均匀，要求大批量生产，材料选用ABS。

利用I-DEAS软件，根据零件图纸绘制出三维图形，如图3（图中螺纹结构未画出）所示：

图3 塑件三维图
利用I-DEAS软件中的三转二功能，将上图的3D塑件转成相应的轴测图，如图4所示：

图4 塑件轴测图
2.1.2  塑件材料的性能分析 
塑件材料选用ABS。ABS塑料的化学名称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，比重:1.05g/cm，成型收缩率:0.3～0.7%。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物。ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能，成型加工和机械加工较好。其成型温度：200～240℃，干燥条件：80～90℃，工作温度：℃，主要特点有综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性。
经查资料ABS塑料的注射成型工艺典型值如下表：
ABS塑料的注射成型工艺典型值
料筒温度/：
前段210～250
中段200～240
后段180～220
喷嘴温度/：160～165
模具温度/:50～80
注射压力/MPa:70～100
保压压力/MPa：60～80
保压时间/s：15～30
冷却时间/s：15～30
注塑机类型：螺杆式
喷嘴形式：直通式
2.1.3  塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
 从零件图上可以看出，零件尺寸未标注公差，有螺纹结构，塑料螺纹在成型过程中，由于螺距容易变化，因此，一般塑料螺纹的螺距不应小于0.7mm，注射成型螺纹直径不得小于2mm，为增加塑件螺纹的强度，防止最外圈螺纹可能产生的崩裂或变形，应使其始末端不得突然开始和结束，须留有一定的过渡段，经查手册塑件内螺纹的详细结构如图5所示；塑件表面质量无特殊要求，一般注塑可达到要求。整个塑件尺寸较小，结构较为简单、壁厚均匀，塑件的材料为ABS,查相关资料ABS塑件未标注公差的尺寸按MT5级标注；塑件内有铜制嵌件，嵌件的位置在模具中的放置实现容易。

图5 塑件内螺纹的具体结构
为了克服塑料冷却收缩紧紧包裹于型芯或其它凸起部分便于从成型零件上顺利脱出塑件，须在塑件内外表面沿脱模方向设计有足够的斜度，塑件的斜度大小与塑料的收缩率、塑件的形状、结构、壁厚、深度及成型工艺条件都有一定的关系。当模具的型腔较浅时，也可不加脱模斜度。
2.2 注塑模分型面的确定
2.2.1 型腔数目的确定
型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、注射机能力、模具成本等要求来综合考虑。由于注塑机型号还未选择，就根据几何形状及尺寸、质量要求、批量大小等因素确定型腔数目。
分析：由于塑件最大轮廓尺寸为58mm，属于小型零件，而且塑件中有螺纹结构，型腔数目过多会增加模具结构的复杂性，而若采用单型腔模的结构，不能满足大批量生产的要求，所以采用一出二的方案，即两个型腔。
2.2.2 型腔的布局
多型腔的总体布局可分为平衡式和非平衡式，由于型腔数目为2，所以很显然采用平衡式的布局，如图6所示：

图6 型腔的布局

图7 型腔的布局三维图
2.2.3 分型面的设计
在塑料注射模制造过程中，会遇到分型面确定的问题，不同塑件的分型面选择是有区别的，受到许多因素的制约。在选择分型面时应抓住主要矛盾，放弃次要因素。有些塑件的分型面的选择简单明确并且唯一；有些塑件则有许多方案可供选择。针对本次毕业设计，可按以下原则来确定:保证塑料制品能够脱模、使塑件外形美观、使分型面容易加工、使塑件留在动模内。
综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，基本要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。因此，本次设计选择的分型面如图8（红线为分型面的位置）所示：

图8 塑件分型面
2.3初选注射成型设备型号
注塑机是生产热塑性塑料制件的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、角式三种。应用较多的是卧式注塑机，各种注塑机尽管外形不同，但基本上都是由合模锁模系统与注射系统组成。
注塑机的主要参数应包括注射、合模、综合性能等三个方面。注塑加工时所需注射压力与塑件品种、塑件的形状及尺寸、注塑机类型、喷嘴及模具流道阻力等因素有关。选择的注塑机的注射压力必须大于成型制品所需的注射压力。
① 根据注塑机的额定注射量选择注塑机型号，注射机的额定注射量应满足：

式中 ——注射机额定注射量（cm3）；
——单个塑件的容量（cm3）；
——浇注系统凝料的容量（cm3）；
n ——型腔个数。
在I-DEAS中求的单个塑料制品的体积约为10561.1mm，取11cm3，型腔个数为2，由于该塑件中有螺纹结构，所以成型该塑件的模具应具有脱螺纹机构，从而使得冷料穴的空间相对与其他无脱螺纹装置的要大，因此预估浇注系统凝料及冷料体积为塑件体积的50％。
则 ==34.375 cm3
即所选用的注塑机额定注射量至少要大于等于 34.375cm3。
按照注塑量可选用XS-Z-60，但由于其注射方式是柱塞式，不符合ABS塑料的成型注射工艺——螺杆式，因此另选注塑机型号为 XS-ZY-125，该注射机的主要参数如下表：
XS-ZY-125型号注塑机的技术参数
额定注射量：125 cm3
注射行程：115mm
注塑压力：120MPa
最大装模厚：300mm
注射时间：1.6s
最大成型面积：320 cm3
最大成型面积：320 cm3
锁模力：900KN
喷嘴孔直径：4 mm
动定模固定板尺寸：425×458mm
喷嘴圆弧半径：12mm
最小装模厚：200mm
最大开模行程：300mm
顶出行程:0～110 mm
② 校核所选注塑机的锁模力：

式中 ——注射机额定锁模力，（N）；
A——塑料与浇注系统在分型面上的投影面积，（mm2）
P——型腔内塑料熔体的压力，其大小一般为注射压力的80%，（MPa），ABS的注射压力为70～100 MPa，所以P取80MPa。
A×2.5=3.14××2.5=6601.85 mm2
A×P=6601.85×80=529968N530KN

所以所选注塑机的锁模力满足要求。
2.4 普通浇注系统的设计
2.4.1主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。主流道的形状结构如图9所示，其设计要点：

图9 主流道的形状结构
1） 主流道设计成圆锥形，其锥角常取，流动差的塑料可取，流道壁表面粗糙度取，且加工时应沿流道轴抛光。
2） 主流道始端球面凹坑半径R比注塑机喷嘴球半径R大mm；球面凹坑深度mm；主流道始端入口直径d比注塑机喷嘴直径大mm；一般d=。
3） 主流道末端呈圆角过渡，圆角半径r=。
4） 主流道长度L宜小于60mm为佳，最长不宜超过95mm。
5） 主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；不同主流道衬套的结构与装配形式如图10所示，其材料常用T8A或T10A,热处理淬火硬度。

a） b） c） d)
图10 主流道衬套的结构与装配形式
本次毕业设计中采用图10中c）的结构形式，主流道衬套在模具上的固定应考虑到与定位环（或定位圈）的配合。定位环的作用是保证主流道中心与注塑机喷嘴中心一致，实现快速装模、调模，避免注塑机喷嘴受损及熔料注射时产生溢料、漏料等现象。定位圈与主流道衬套的配合为H9/f9，如图12所示。
结合以上原则，确定主流道相关尺寸R=14mm（注塑机喷嘴圆弧半径12mm），d=4.5mm（注塑机喷嘴直径4mm），圆角半径r=1mm，球面凹坑深度取3mm，其余尺寸查手册,结构如图11所示：

图11 浇口套 图12 定位圈与主流道衬套的配合
2.4.2分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
（1）为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等，如图13所示。 在流道设计中要减少在流道内的压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，有希望流道的表面积小，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，该比值大则流道的效率高。

图13 常见的分流道截面形状
（2）分流道的截面尺寸
根据实践经验，部分塑料的分流道（圆形）直径推荐尺寸如下表：
部分塑料的分流道直径经验值
塑料名称
分流道直径/mm

塑料名称
分流道直径/mm
PE、PA
1.6～10

PPO、PSU、PUR
6.4～10
POM、SPVC、PS
3.2～10

PMMA
7.5～10
PC、PP、ABS、AS、CA
4.8～10

耐冲击PMMA、HPVC
8.0～16
对于非圆形流道，由上表中查得的数值D作为当量直径来确定其截面尺寸。若采用U形截面，则H=0.513D,斜度=5～10；若采用梯形截面，则B=1.307D，H=0.817D，侧面斜度=5～10。
由于塑件的材料是ABS，所以其圆形分流道直径取4.8～10mm，若采用梯形截面，则相关尺寸为B=1.307D=6.27～13.07mm，H=0.817D=4.1808～8.17mm。为了加工方便，采用矩形截面，由于矩形截面的尺寸无固定公式，又因为矩形与梯形的形状类似，所以在此套用梯形截面尺寸的计算公式，计算后取矩形截面的长为6mm，宽为4mm。
（3）分流道的表面粗糙度
分流道内表面粗糙度并不要求很低，保持适当的粗糙程度有利于接触流道表壁的冷凝塑料皮层的形成并可靠固定，从而有利于减少热量损失、保持塑料熔体理想的熔融质量与流动状态。通常分流道内表面粗糙度常取R0.8，当分流道截面尺寸较大时可采用R1.6。
（4）分流道与浇口的连接
在分流道与浇口的连接处应逐渐光滑过渡，如图14椭圆框内所示。

图14 分流道与浇口的连接处
2.4.3浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大，本次设计采用侧浇口。
侧浇口国外称为标准浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形（扁槽），改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修整方便，因此它是应用较广泛的一种浇口形式，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。

图15 侧浇口形式
图15中，图a为分流道、浇口与塑件在分型面同一侧的形式；图b为分流道和浇口与塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在塑件上；图c为分流道和浇口与塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在分流道上。有搭接形式的侧浇口是塑件端面进料的侧浇口。设计时选择侧向进料还是端面进料，要根据塑件的使用要求而定。
侧浇口尺寸计算的经验公式如下：
b=
t=
式中 b——侧浇口的宽度，mm；
A——塑件的外侧表面积，mm
t——侧浇口的厚度，mm；
——浇口处塑件的壁厚，mm。
本次毕业设计中，由于塑件结构特殊，考虑到塑件的成型工艺，采用如图b）所示的浇口形式，即分流道和浇口与塑件在分型面两侧的形式，浇口搭接在塑件上。利用I-DEAS软件中的测量功能，查的塑件的外侧表面积为A=4688.03mm，塑件的平均壁厚t==2mm，浇口处塑件的壁厚为2mm，所以
b===，取2mm。
t==×2=mm，取1.5mm。
l===1.6～1.9mm，为了加工方便，取2mm。
l一般取值为2～3mm，取3mm。三维图如图16所示。

图16 分流道和浇口的三维图
2.4.4冷料穴的设计
冷料穴也称冷料井，其作用是捕集熔体前锋“冷料”，防止相对过冷料堵塞浇口或进入模腔后而影响塑件质量；当开模时利用冷料穴的结构，将主流道凝料拉出。冷料穴分主流道冷料穴和分流道冷料穴。本次设计的模具结构中只有主流道冷料穴。
主流道冷料穴一般设在主流道对面的定模板上，其直径略大于主流道直径，长度约等于主流道直径。由于本次模具中冷料穴要设置螺纹拉料杆，因此冷料穴的空间比普通的冷料穴要大的多，其空间尺寸主要根据螺纹拉料杆的螺纹部分来设置，具体结构由螺纹拉料杆确定。
2.5 排气方案的设计
2.5.1注射成型排气不良的后果
在注射成型过程中，需要排除的气体有因干燥不良而存在于熔体中的水汽、模腔内空气、原料中易挥发物质的挥发气、材料降聚分解气等。如果不能可靠地将上述气体排出模腔，将导致以下后果：
或残留于制品内部形成气泡，或积存于熔料与模腔表壁之间导致制品表面内凹；增加熔体充型阻力，导致模腔填充不全、保压不充分、注射压力增大，熔体充模速率降低；熔接质量差，制品上明显的熔接痕甚至熔接缝（裂纹）,塑件力学性能下降；塑件表层受压气体易导致塑件表面出现银纹、云雾、分层剥落等，表面质量差；模腔内被压缩的气体将伴随温度升高，可能使气穴或气泡周围的塑料发生局部降解变色或烧焦。
2.5.2排气措施
注塑模排气系统应保证排气顺畅、有序，其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善。
在注射成型过程中，本设计中模具的排气方式：用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。利用模具分型面的贴合间隙排气，利用推出零件与模板导滑孔之间的配合间隙排气，利用成型零件、成型镶件等的配合间隙排气。
本设计中塑件的尺寸并不大，利用螺纹型芯与轴套的配合（H8/f8）间隙、轴套与型腔的配合（H8/f8）间隙排气。这样不但使模具结构简单，而且排气效果也很好。如图17所示：

图17 模具的排气方式
2.6 成型零部件的设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模型腔、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能，所以选用20Cr，并渗碳淬火，硬度大于55HRC。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
2.6.1 成型零部件结构的设计
成型零部件决定了塑件的几何形状和尺寸，通常包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。
①凹模的结构设计
凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。本次设计中采用组合式结构，组合式凹模结构是指型腔是由两个以上的零部件组合而成的。按组合方式不同，组合式凹模结构可分为整体嵌入式、局部镶嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式等形式。综合考虑后，采用整体嵌入式凹模结构。
整体嵌入式凹模如下图所示。小型塑件在采用多型腔模具成型时，各单个型腔采用机械加工、冷挤压、电加工等方法加工制成，然后压入模板中。这种结构加工效率高，装拆方便，可以保证各个型腔的形状一致。其基本形式如图19所示：

图18 常见的成型零件的固定方式
本次设计中，凹模型腔的形式属于图18中左下角图的情况，所以采用左下角图所示的凹模结构形式，结构如图19所示。

图19 型腔三维图
②凸模的结构设计
由于型芯和凹模的结构十分类似，所以选用的结构形式和凹模的结构形式一样，采用整体嵌入式，如图20所示。

图20 凸模三维图
③螺纹成型零件的结构设计
螺纹直接成型的方法有：
（1）采用螺纹成型零件（型芯或螺纹型环）在成型之后将塑件旋下，该方法在模具结构上需配有旋转驱动装置。多见于成型内螺纹。
（2）采用瓣合模成型，生产效率高，但常带有飞边。多见于外螺纹或分段内螺纹的成型。
（3）对于要求不高且用软塑料成型的螺纹，可通过强制脱模来成型。这时，螺牙断面最好设计得浅一些，且呈圆形或梯形断面。
本次设计中的塑件内有内螺纹，因此采用第一种方案，采用螺纹型芯，成型之后将塑件旋下，如图21所示：

图21 螺纹型芯的三维图
2.6.2 成型零部件工作尺寸的计算
所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体部位的尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。工作尺寸主要包括型腔径向、深度；型芯径向、高度，型芯间位置尺寸等。影响塑件精度的因素主要有成型零件制造公差、成型收缩率、型腔和成型零件的磨损等，鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达到高精度，为了计算方便，规定：
1） 塑件上的轴类尺寸以其最大值为公称尺寸，公差为单向负偏差；塑件上孔类尺寸以其最小尺寸为公称尺寸，公差为单向正偏差。
2） 模具凹模类尺寸取其最小值为公称尺寸，公差为单向正偏差；模具型芯类尺寸以其最大尺寸为基本尺寸，公差为单向负偏差。
3） 塑件及模具成型零件上中心距类尺寸，其公差为双向对称分布。
本次毕业设计中，塑料件的材料是ABS，该塑件有以下尺寸：SR4、SR5、9、、4、1、8、6、54、4、12、14、18、22、SR（4+1）、SR（5+1）、58、11、10、50、17、25、2、12、20、28，还有螺纹尺寸M14X2，通过查手册螺纹的大径为14、中径12.701、小径11.835。其中A类尺寸有SR4、SR5、、4、8、54、12、14、18、22、SR（4+1）、SR（5+1）、58、50、17、25、2、12、20、28、螺纹大径为14、中径12.701、小径11.835，B类尺寸有6、9、1、11、4、10（A类尺寸是指塑件上不受成型零件移动的影响的尺寸，B类尺寸是指塑件上受成型零件移动的影响的尺寸）。

图22 加公差之后的塑件零件图
由于尺寸未注公差，查资料得知ABS塑件未注公差的尺寸按MT5级标注，并根据A、B类尺寸查手册将以上尺寸加公差如下，标注如图22所示：
A类尺寸：SR4、SR50.12、0.14、40.12、80.24、540.37、120.16、140.16、180.19、220.22、SR（4+1）0.12、SR（5+1）0.12、580.37、500.32、170.19、250.25、20.1、120.16、200.22、280.25、140.02、12.7010.015、11.8350.02。
B类尺寸：60.22、90.24、10.2、110.26、40.22、100.26
将塑件上尺寸分类如下：
孔类尺寸：SR4、SR50.12、90.24、0.14、40.12、10.2、80.24、60.22、540.37、40.22（其中横向尺寸有：SR4、SR50.12、0.14、40.12、540.37，其余为纵向尺寸）
轴类尺寸：120.16、140.16、180.19、220.22、SR（4+1）0.12、SR（5+1）0.12、580.37、110.26、100.26、500.32（其中横向尺寸有：120.16、140.16、180.19、220.22、SR（4+1）0.12、SR（5+1）0.12、580.37、500.32，其余为纵向尺寸）
中心距尺寸：170.19、250.25、20.1、120.16、200.22、280.25
螺纹尺寸：大径140.02、中径12.7010.015、小径11.8350.02
对以上各尺寸按“入体原则”标注，处理后的数据如下：
孔类尺寸：SR3.88、SR4.88、8.76、、3.88、0.8、7.76、5.78、53.63、3.89
轴类尺寸：12.16、14.16、18.19、22.22、SR5.12、SR6.12、58.37、11.26-0.52、10.26、50.32
中心距尺寸：170.19、250.25、20.1、120.16、200.22、280.25
螺纹尺寸：大径14、中径12.701、小径11.835
1.计算成型零件凹模类尺寸
① 对于横向尺寸
L=
② 对于纵向尺寸
H=
2.计算成型零件型芯类尺寸
①对于横向尺寸
L=
②对于纵向尺寸
H=
3.中心距工作尺寸计算
C=

式中 L、C、H——成型零件工作尺寸(mm)；
S——塑料平均收缩率(%)，ABS的平均收缩率为0.5%；
L、C、H——塑件基本尺寸（mm）；
——塑件公差值（mm）；
——成型零件制造公差（mm），其值取。当成型大型塑件时，取偏下限；当成型小塑件或采用组合式型芯与凹模，取偏上限。
4.螺纹型芯的计算方法如下
大径：d=
中径：d=
小径：d=
螺距：L=
式中 d、d、d——螺纹型芯的大径、中径、和小径的基本尺寸（mm）；
d、d、d——塑料上螺孔的大径、中径、和小径的基本尺寸（mm）；
S——塑料的平均收缩率（%）；
——塑料内螺纹中径公差（mm），可按金属螺纹公差标准之最低精度取值；
——螺纹型芯或型环中径制造公差（mm），一般取塑料螺纹中径公差（）；
L——螺纹型芯或型环的螺距（mm）；
L——塑件上螺纹的螺距（mm），对型芯而言是指内螺纹螺距，对型环是指螺纹螺距。
1）计算成型零件凹模类尺寸
①对于横向尺寸
L=，取
12.16-0.32 L==11.98mm
14.16-0.32 L==13.99mm
18.19-0.38 L==17.996mm
22.22-0.44 L==22mm
SR5.12-0.24 L==4.97mm
SR6.12-0.24 L==5.97mm
58.37-0.74 L==58.107mm
50.32-0.64 L==50.09mm
②对于纵向尺寸
H=
11.26-0.52 H==10.97mm
10.26-0.52 H==9.96mm
2）计算成型零件型芯类尺寸
①对于横向尺寸
L=
SR3.88+0.24 L==4.08mm
SR4.88+0.24 L==5.08mm
3.88+0.24 L==4.08mm
+0.28 L==8.11mm
53.63+0.74 L==54.453mm
②对于纵向尺寸
H=
8.76+0.48 H==9.12mm
0.8+0.4 H==1.07mm
7.76+0.48 H==8.12mm
5.78+0.44 H==6.1mm
3.89+0.44 H==4.2mm
3）中心距工作尺寸计算
C=
170.19 C==17.0850.048mm
250.25 C==25.1250.063mm
20.1 C==2.010.025mm
120.16 C==12.060.04mm
200.22 C==20.10.055mm
280.25 C==28.140.063mm
4）螺纹型芯的计算（取）
大径：d===14.37mm
中径：d===12.795mm
小径：d===11.924mm
螺距：L===2.010.003mm
2.6.3型腔侧壁厚度的计算
组合式圆形型腔侧壁和底板厚度的计算，组合式圆形型腔按结构及受力状况如下图所示：

图23 组合式型腔结构及受力状况
①按刚度条件计算，侧壁和型腔底配合处间隙值为：

式中 P——型腔内单位面积熔体压力，P=Map，取30Map；
——型腔材料泊桑比，碳钢取0.25，mm；
E——型腔材料拉伸弹性模量，钢弹性模量取2.0610MPa；
R——型腔外壁半径，mm；
r——型腔内壁半径，mm。
应使，则s=R-r
所以：s=R-r29×=2.567mm
②按强度条件计算壁厚为：s，取355MPa
s=R-r29×=2.81329mm
为了方便型腔工作零件加工时装夹以及减小变形，取s=10mm。
2）组合式圆形型腔底板厚度(即本设计中的支承板)的计算 组合式圆形型腔底板固定在圆环形的模上，并假定模脚的内半径等于型腔内半径，这样底板可视作周边简支的圆板，最大变形发生在板中心。
①按刚度条件计算，型腔底板厚为：h
所以 h=11.435mm
②按强度条件计算，型腔底板厚为：h
所以 h=9.312mm
因此凹模型腔的底厚只要大于或等于11.435mm即可，为了缩短模具的制造周期，其厚度采用标准值，取20mm。
2.6.4 嵌件在模具中的固定方案设计
嵌件在模具内的定位应可靠，为避免嵌件在成型过程中受高压高速的塑料流冲击而可能发生位移或变形，同时，也防止塑料挤入嵌件上预留的孔或螺纹中影响其使用，安放在模具内的嵌件必须定位可靠。在注射成型过程中，塑料的压力会使嵌件发生位移或变形，所以在嵌件设计时，无论杆形或环形嵌件，其高度不宜超过其定位部分直径的两倍。本设计中，嵌件的形状为薄壁形，直接利用其两个螺纹孔定位，如图24和图25所示，由嵌件定位器将其固定。

图24 嵌件在模具中的位置 图25 嵌件的固定方式
2.7 脱模机构设计
2.7.1 脱模方案的确定
本次毕业设计中塑件带有螺纹结构，因此应设计脱螺纹的机构来实现塑件的脱模。带螺纹塑件的脱模方法主要有强制脱螺纹、机动（或手动）旋转脱螺纹、侧向瓣合式非旋转脱螺纹。在这里选用螺纹塑件的旋转脱模，其条件是：有能保证塑件与螺纹型芯或型环之间可保持相对的螺旋运动机构。具体设计上应做到：首先塑件上必须带有止转结构；其次模具应能为脱模机构中提供旋转运动。此次设计中模具螺纹塑件的旋转脱模：开模过程中，借助开模运动，带动齿轮转动，并通过齿轮轴、锥齿轮、圆柱齿轮，最终带动螺纹型芯和螺纹拉料杆旋转，实现螺纹型芯从塑件中脱出及拉出浇注系统系统凝料，完成塑件与浇注系统凝料的同步脱模。
本次毕业设计中塑件的螺纹结构属于纵向结构，因此采用如上方案：开模力旋转脱纵向螺纹。脱模机构的具体结构如图26所示，在开模过程中，借助开模运动，由齿条带动齿轮转动，并通过齿轮轴、锥齿轮传动、圆柱齿轮传动，最终带动螺纹型芯和螺纹拉料杆旋转，实现螺纹型芯从塑件中脱出及拉出浇注系统系统凝料，完成塑件与浇注系统凝料的同步脱模，脱模机构中螺纹拉料杆的螺纹与螺纹型芯上的螺纹旋向应相反，塑件上的螺纹旋向为右旋，这拉料杆上为左旋，螺距成比例（与拉料杆和螺纹型芯的转速比成反比）。

图26 脱模机构的结构
2.7.2 脱模力（旋转扭矩）的计算
塑件在冷却时，将包紧型芯，产生包紧力：包紧力的大小，与塑件的收缩率、塑件的壁厚和形状及大小所形成的塑件刚度，塑件对型芯和型腔表面的粗糙度及加工纹向等因素所形成的摩擦阻力、塑件材料及其对型芯及型腔的粘附力、以及注射压力、开模时间、脱模斜度等都有关系。对于不通孔壳形塑件脱模时，还须克服大气压力。但在计算和确定脱模力时，一般只考虑主要因素，进行近似计算，并使确定的脱模力大于上述诸因素所形成的阻力。此阻力在开模的瞬间最大，所以，计算的脱模力为初始脱模力。对于旋转脱螺纹机构，则应计算其旋转脱螺纹所需的扭矩，方法如下：
根据塑件上螺纹对应部分的几何尺寸，分为薄壁螺纹塑件与厚壁螺纹塑件；当螺纹部位的壁厚t与螺纹中径d之比时，称为薄壁螺纹塑件，反之称为厚壁螺纹塑件。
①对于薄壁螺纹塑件的旋转脱模，其所需最小扭矩( N·mm)的经验计算式如下：
M=
②对于厚壁螺纹塑件的旋转脱模，其所需最小扭矩( N·mm)的经验计算式如下：
M=
式中： E ——塑料的拉伸弹性模量，MPa，查表得知ABS塑料的弹性模量为1.91～1.98MPa，取1.98MPa；
S——塑料的成型收缩率，%，取0.5%；
t ——塑件上螺纹部分的平均壁厚，mm；
r ——螺纹型芯或型环的中半径，mm；
L ——螺纹型芯或型环的螺纹长度，mm；
f ——塑料与型腔材料（钢材）之间的摩擦系数，