玩具飞机外壳注塑模具设计.doc

密级：
学号：109202030105

本科生毕业设计（论文）

玩具飞机外壳注塑模具设计

学 院： 机械工程学院
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级： 09机设本（2）班
学生姓名： 陈齐力
指导老师：
完成日期： 2013年5月10日

学士学位论文原创性申明

本人郑重申明：所呈交的设计（论文）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。

学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西科技学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

本学位论文属于
保 密 □， 在 年解密后适用本授权书。
不保密 □。

（请在以上相应方框内打“√” ）

学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）：
签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日

江西科技学院本科生毕业设计（论文）
摘要
本文主要是介绍玩具飞机外壳注塑模具的设计方法。首先熟悉塑件的几何形状，借助计算机经行建模，在头脑中建立清晰的塑件三维图。其次对塑件进行工艺分析，并选择成型设备。再次对塑件进行模具方案设计，其中主要包括塑件在模具中的位置、浇注系统的设计、成型零件设计、合模导向和定位机构、脱模机构设计、侧向分型与抽芯机构设计以及模具的温度调节系统。接着选择标准模架和模具材料，并对注射机的注塑压力， 锁模力，顶出力等工艺参数进行校核。然后阐述模具的工作原理，最后绘制一套总装图及各关键零件的零件图。
关键词：玩具飞机外壳；模具；设计

3

江西科技学院本科生毕业设计（论文）
Abstract
This paper mainly introduces design method of the toy plane shell injection mold。Firstly,familiar with plastic parts of the shape, with the aid of the computer by the line modeling, building plastic three-dimensional map clearly in mind。Secondly，the process of plastic analysis, and the choice of forming equipment。Then for plastic mold design, including plastic position in the mold, the design of gating system, forming parts design, mold the guiding and positioning mechanism, demoulding mechanism design, side parting and core pulling mechanism design and mold temperature control system。Then Select the standard mold and mold material, and the injection pressure of injection machine, the clamping force, the top output parameters are checked。Then expound working principle of the die。Finally draw a set of assembly drawing and the key parts drawings。
Key Words: the toy plane shell; mold; design

目录
第1章 绪论 1
1.1 塑料和塑料工业 1
1.2 塑料成型在工业生产中的重要地位 1
1.3 注塑模的现状和发展趋势 2
第2章 塑件的工艺分析 3
2.1 塑件的成型工艺分析 3
2.1.1 材料的选择 3
2.1.2 材料的性能原理 3
2.2 塑件的结构工艺分析 3
2.2.1 表面形状 3
2.2.2 尺寸和精度 3
2.2.3 壁厚 4
2.2.4 脱模斜度 4
2.2.5 表面质量 4
第3章 注射机的选择 5
3.1 塑件注射工艺参数的确定 5
3.2 塑件质量和体积的估算 5
3.3 初选注射机 5
第4章 模具的结构设计 7
4.1 塑件在模具中的位置 7
4.1.1 型腔数目的确定 7
4.1.2 型腔的布置 7
4.1.3 分型面的选择 8
4.2 浇注系统的设计 8
4.2.1 主流道的设计 9
4.2.2 排气系统的设计 10
4.3 成形零件的设计 10
4.3.1 成形零件的结构设计 10
4.3.2 成形零件工作尺寸的计算 11
4.3.3 型腔侧壁和底座厚度的计算 13
4.3.4 成形零件材料的选择 14
4.4 合模导向和定位机构的设计 14
4.5 脱模机构的设计 14
4.5.1 脱模力的计算 15
4.5.2 推杆脱模机构 15
4.6 模具冷却系统的设计 17
4.6.1 冷却系统的计算 17
4.6.2 冷却系统的结构设计 18
4.7 模架及模具材料的选择 19
第五章 注射机参数与模具的校核 21
5.1 注射机闭合高度与模具厚度校核 21
5.2 注射机开模行程校核 21
5.3 模具的外形尺寸校核 22
5.4 顶出行程的校核 22
第六章 总结 23
参考文献 24
致谢 25

3

第1章 绪论
1.1 塑料和塑料工业
塑料是一种以树脂为主要成分，加入一定数量能够改善其加工或者使用性能的添加剂，在一定的温度、压力和时间下，能够制成设计要求的形状和大小的塑件的一类材料。
塑件是以塑料为主要材料经过成型加工后所得到的制品。在工业部门和人们日常生活的各个领域中，塑料制品无处不在，这是由于它众多的优良性能决定的。塑料的密度一般比较小，质地轻，并且对酸、碱、盐及有机溶剂等多数化学药物，具有良好的抗腐蚀能力；塑料的电绝缘性好，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的比强度非常高、且加工性能好，因此很容易实现塑件生产自动化与管理无人化，大大的提高了生产效率；还有塑料的耐磨、减摩及自润滑性能优异。因此，在国名经济中，塑料已经成为各个行业中不可缺少、难以替代的材料之一。
塑料工业主要负责塑件和塑脂的制造与合成，包括了模具的制造工业和塑料加工机械。它是一个发展迅速的新兴工业领域，早在从20世纪30年代左右世界已进行对塑料工业的研制。目前，塑料产品逐渐走向系列化，生产工艺的自动化、连续化，并且不断开拓功能塑料的新领域。当今世界把一个国家的塑料消耗的多少与塑料的工业水平，来作为衡量一个国家工业发展程度的重要依据。
1.2 塑料成型在工业生产中的重要地位
塑料成型指的加热至一定温度的塑料原料，注入到具有一定大小和形状的模具中，等到冷却后，得到塑件的这个过程。塑料成型用到的模具称为塑料成型模，是用于成型塑件的模具。模具工业的快速发展推动了国民经济发展，它的设计水平和制造水平能够很大程度的反映一个国家的机械制造工业综合制造的能力和水平。工业发达的国家都把发展模具放在领先地位。尤其是一些特别发达的国家，机床行业的产值已远远不及模具工业的产值。
这几年来，我国的模具工业也得到了快速的发展，先后经历了创造、发展、快速发展和稳定增长的阶段。在1989年的时候国务院提出振兴模具工业，重点改造模具制造技术，确定模具工业在国名经济中有着重要地位。随着工业塑件和日用塑件的品种增加和需求量的也越来越大，且产品的更新换代周期的减短，因此塑料模在模具中的比例在逐年提高。目前，塑料模具在各类模具的应用中占有非常大的位置，在模具进出口中的比重更高。随着中国国民经济与国际经济建设的持续稳定发展，这一比例还将持续提高，塑料成型工业在基础工业中的地位和
1
1

对国民经济的影响日益重要。
1.3 注塑模的现状和发展趋势
随着塑料工业的发展，塑料模也逐渐的发展起来，我国塑料模工业虽然起步比较晚，但是发展的很快，历经了半个多世纪之后，模具水平提高了许多。在成型工艺方面，取得了比较大的进展，比如在抽芯脱模机构、镶件互换结构、多材质塑料成型模和高效多色注射模创新设计方面有很大的成就。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，我国引进了相当数量的CAD/CAM系统。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并且还能支持CAE技术对成型过程，从而取得了一定的技术经济效益，促进并且推动了我国模具CAD/CAM技术的快速发展。近年来，我国塑料模CAD/CAM系统的自主开发上有了很大的发展，比如CAXA系统、注塑模HSC5.0系统以及CAE软件等，这些软件可以适应国内模具的具体情况，还能在微机上得以应用并且价格较低，因此为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。但是与国外的先进技术相比，差距仍很大，我国还有大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理及体制转轨等关键时期。
随着近几年的发展，塑料模具慢慢的呈现新的发展趋势，模具产品将向大型,精密,标准化方向发展，模具生产也正在向信息化迅速发展，许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。

2
第2章 塑件的工艺分析
2.1 塑件的成型工艺分析
塑料一般分为热塑性塑料和热固性塑料。
2.1.1 材料的选择
本塑件为玩具飞机外壳，考虑到是儿童玩具，首先应当具备良好的物理机械性能，在受到挤压、敲击等外力作用的情况下不容易损坏；其次要有良好的化学稳定性，不易与各种物品发生化学反应以保证儿童的健康；最后还要有耐温性、电绝缘性、着色性。能满足以上性能的材料有很多，但从材料的来源和材料的成本考虑，ABS更适合些。ABS是目前应用最广泛的材料，其来源广，成本低，符合塑料成型的经济性。所以选择ABS作为玩具飞机外壳的材料。
2.1.2 材料的性能原理
（1） ABS的使用性能：比较稳定，一般不易发生化学反应，有一定程度的强度和耐磨性能，且加工性能好。
（2） ABS的成形特性：是一种流动性中等的无定型塑料，溢边料约为0.04mm左右。有比较强的吸湿性，必须充分干燥，使含水量降至最低，必要时可进行长时间的预热干燥。与聚苯乙烯相比，在加工上相对困难一点，应将料温、模温有所调高。
2.2 塑件的结构工艺分析
2.2.1 表面形状
玩具飞机外壳的表面形状如图2-1所示。

图2-1 玩具飞机外壳的内、外表面三维图
2.2.2 尺寸和精度

3

3
塑件精度的高低取决于成形过程与所使用的材料，但在一般生产过程中，如果塑件能达到使用要求，为了使模具加工难度和生产成本降低，尽可能的降低塑件尺寸精度设计。图2-2为玩具飞机外壳的二维图，从二维图可知，该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸为自由尺寸，因此均可取MT5级公差值。

图2-2 玩具飞机外壳的二维图
2.2.3 壁厚
塑件的壁厚有一定的设计要求，不能过大，也不能过小，否则都会对塑件的成形造成一定的影响。从玩具飞机外壳的三维图、二维图中可知道该塑件壁厚基本均匀，大部分壁厚为1.5mm左右的曲面薄壁零件，符合热塑性塑料制件的最小壁厚及常用壁厚推荐值。
2.2.4 脱模斜度
由于塑件在成形时，塑料熔体固化，从而紧紧地包住型芯。为了便于脱模，塑件应具有合理的脱模斜度。对于ABS塑件型腔的脱模斜度为40′~1°20′，型芯的脱模斜度为30′~1°。由于该塑件脱模比较容易，所以可以选择型腔的脱模斜度为1°，型芯的脱模斜度为40′。
2.2.5 表面质量
本塑件外表面要求光洁、平整、无毛刺，对表面粗糙度无特殊要求，一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。

4
第3章 注射机的选择
3.1 塑件注射工艺参数的确定
根据相关资料，查得ABS的注射成型工艺参数如表3-1所示。
表3-1 ABS注射工艺参数
注塑机类型
螺杆式
螺杆转速
30r/min
喷嘴形式
直通式
喷嘴温度
180~190℃
料筒前段温度
200~210℃
模具温度
50~70℃
料筒中段温度
210~230℃
注射压力
70~90MPa
料筒后段温度
180~200℃
保压压力
50~70MPa
注射时间
3~5s
保压时间
15~30s
冷却时间
15~30s
成型周期
40~70s
3.2 塑件质量和体积的估算
该塑件的材料为ABS，查相关手册得知其密度为1.03~1.07g/cm³，这里取塑件的密度为1.05g/cm³。通过UG三维软件的分析可知该塑件的体积为61.08cm³，因此塑件的质量为
M=ρV=1.05×61.08=64.13g
3.3 初选注射机
塑件连同浇注系统凝料在内的质量一般不应大于注射机公称注射量的80%，已知塑件的质量为64.13g，浇注系统凝料的质量未知，不过本次设计的是一模一腔的塑料模具，并且采用的流道短而简单，所以估算浇注系统凝料的质量为15g，总的质量为79.13g，因为注射机的最大注射量应大于98.91g。
注射机的公称注射压力要大于塑件成形的压力，这里塑件成形的最大压力为90MPa。
高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个很大的推力，注射机的公称模锁力应大于这个力，否则会出现溢料现象，即：
F≥PA

5
式中F为注射机公称锁模力，P为注射时型腔内注射的压力，A为塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和。查相关手册得知ABS型腔平均压力为30MPa，通过UG三维软件的分析，该塑件在分型面上的垂直投影面积约为30370.6mm²，估算浇注系统的投影面积为2000mm²，则面积之和为32370.6mm²，所以注射机的公称锁模力应大于971.1kN。根据以上的数据分析，初选型号为SZY-300的注射机，该注射机的主要技术参数如表3-2所示。
表3-2 SZY-300注射机的主要技术参数
结构形式
卧式
注射方式
螺杆式
螺杆直径
60mm
最大注射量
320g
注射压力
125MPa
锁模力
1400kN
模具最大厚度
355mm
模具最小厚度
130mm
喷嘴球半径
12mm
喷嘴孔半径
φ4.0mm
最大开模行程
340mm
定位圈直径
φ125.0
模板尺寸
520×620mm²

6

6
第4章 模具的结构设计
注射模一般是由成形部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统和支承零部件组成。
4.1 塑件在模具中的位置
注射模具每一次注射循环所能成形的塑件个数是由模具型腔的数目所决定的。型腔数目及布置方案和分型面的选择决定了塑件在模具中的位置。
4.1.1 型腔数目的确定
一次注射只能生产一件塑料产品的模具称为单型腔模具，如果能生产两件或两件以上塑料产品的则为多型腔模具。该塑件为中等大小，市场需求量一般，虽然多型腔模具从表面上看，比少型腔模具经济效益高，但是多腔模具制造成本高，所用注射机大，每一次注射循环期长而维持费用较高，这里采用单型腔模具足以满足要求。
4.1.2 型腔的布置
在进行型腔的布置时，要注意型腔排列应当紧凑，以节约钢材，减轻模具的质量，并且型腔的布置和浇口的开设部位应力要求对称，以防模具承受偏载而产生溢料现象，更重要的是平稳性要好，加工性尚可。图4-1为该玩具飞机外壳型腔的布置。

图4-1 玩具飞机外壳型腔的布置

7

4.1.3 分型面的选择
注射成型后，塑件从动、定模部分的接合面之间取出，这个接合面称为分型面。分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。所以在选择分型面时，应该遵循以下几项基本原则：
（1）分型面的选择应有利于塑件的脱模
（2）分型面应该选择在塑件外形的最大轮廓处
（3）分型面的选择要保证塑件的精度要求
（4）分型面的选择应有利于排气
（5）分型面的选择应使侧抽芯行程较短
（6）分型面的选择应有利于模具的制造
本塑件结构上面小下面大，中间以曲面过渡，所以根据分型面应该选择在塑件外形的最大轮廓处的原则，将玩具飞机外壳的底部作为分型面，其分型面的位置及形状如图4-2所示。

图4-2 玩具飞机外壳分型面的位置及形状
箭头的指向为模板移动的方向，上面的模板为定模，下面的模板为动模，中间为分型面。
4.2 浇注系统的设计
浇注系统指的是模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道，一般由主流道、分流道、浇口及冷料穴四部分组成，它的作用是将熔融状态的塑料填充到模具型腔内，然后在填充及凝固过程中将注射压力传递到塑件的各个部位，以获得外形清晰、内在质量优良的塑料制品。
浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，直接影响着注射成形效率和塑件的质量。因此，对浇注系统进行设计时，一般应当遵循以下基本原则：
（1）要适应所用塑料的成型性能，根据各种塑料的不同成型性能来设计浇注系统，以保证成型塑件的质量。

8

（2）创造良好的的排气条件，保证浇注系统及型腔中原有气体能有序的排出。
（3）喷嘴端部的冷料不能进入型腔，防止注入型腔影响塑件的质量，在浇注系统中考虑有储存此冷料的位置。
（4）在保证质量的前提下尽量缩短流程，以减少冷却时间，保证塑件质量。
（5）尽量避免流料直接冲击嵌件及细弱型芯，以防止嵌件位移或细弱型芯变形。
（6）需按型腔布局设计，考虑到模具是一模一腔还是一模多腔。
本塑件采用的模具是一模一腔，单型腔模一般不设分流道。
4.2.1 主流道的设计
主流道是熔料从注射机注入模具最先经过的的部位，与注塑机喷嘴在同一条直线上。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。由于主流道与熔融塑料和注射机喷嘴反复接触、碰撞，所以通常将其设计在模具的浇口套中，浇口套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度53～57HRC。主流道的大小，直接影响到填充时间及流动速度，因此，必须选择恰当尺寸的流道，以保证塑件的成形不受影响。
主流道的长度L按定模板厚度来确定。在保证塑件成型良好的前提下，为了不让压力和热量的损失，主流道的长度不应太长。一般长度不大于60mm，由于这里采用的是直接浇口，所以根据产品进行设计计算得主流道长度为76mm。
已知初选注射机的型号为SZY-300，其喷嘴球半径为12mm，喷嘴孔直径为4.0mm，为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，主流道入口的凹坑球面半径R1要比注射机喷嘴球面半径R2大2～3mm，　　　主流道的小端直径D应稍比注塑机喷嘴孔直径d大0.5～1mm，即
R1=R2+(2~3)mm=12+2mm=14mm
D=d+（0.5~1）mm=4.0+0.5mm=4.5mm
主流道入口的凹坑球面配合高度H一般为3~8mm，这里凹坑球面配合高度H取4mm。
主流道的锥角α一般为2°~4°，但是对于流动性差的塑料等情况，锥角α也可取3°~6°。玩具飞机外壳的材料为ABS，其流动性比较好，这里锥角α取
3°。
浇口套的设计如图4-3所示。

9

图4-3 浇口套的设计
4.2.2 排气系统的设计
在注射成型过程中，会产生许多气体，若不能被排除干净，就会影响塑件的质量，因此设计模具时必须将这些气体排出。
通常排气的方式有利用配合间隙排气、在分型面上开设排气槽和利用排气塞排气。这里考虑到塑件结构并不复杂，体积中等，并且采用单型腔模具成型，因此利用配合间隙排气可以达到要求。
4.3 成形零件的设计
成形零件一般由型腔、型芯、镶块、成形杆和成形环等组成，它决定了塑件的形状和尺寸。
4.3.1 成形零件的结构设计
（1） 型腔的结构设计
型腔指的是成形塑件外部的零件，可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌式、四壁拼合式和瓣合式六种形式。由于整体嵌入式型腔加工简单，安装容易，不易产生形变，方便更换和维修，故这里采用整体嵌入式型腔，采用H7/m6过渡配合，如图4-4所示。

10

图4-4 型腔的结构
（2） 型芯的结构设计
型芯指的是成形塑件内部的零件，一般分为整体式型芯和组合式型芯两种类型。这里采用组合式型芯，采用H7/m6过渡配合，如图4-5所示。

图4-5 型芯的结构
4.3.2 成形零件工作尺寸的计算
成形零件工作尺寸指的是决定塑件形状大小的尺寸，影响其误差主要有模具的制造精度、磨损量和塑件的成型收缩率。
目前，成型零件工作尺寸主要用两种方法计算，一种称为平均尺寸法，另一种称为极限尺寸法。由于本塑件未注公差，对尺寸精度无特殊要求，所有尺寸为自由尺寸，因此这里采用平均尺寸法对成形零件工作尺寸进行计算。
（1） 型腔径向尺寸的计算
型腔径向尺寸的计算公式为

11

式中 ―型腔的径向尺寸，mm；
―塑料的平均收缩率，%；
―塑件径向公称尺寸，mm；
3/4―系数随塑件精度和尺寸变化，一般在0.5~0.8之间；
Δ―塑件的公差值，这里为负偏差，mm；
―型腔的公差，一般取=Δ/4，mm。
（2） 型芯径向尺寸的计算
型芯径向尺寸的计算公式为

式中 ―型芯的径向尺寸，mm；
―塑料的平均收缩率，%；
―塑件径向公称尺寸，mm；
3/4―系数随塑件精度和尺寸变化，一般在0.5~0.8之间；
Δ―塑件的公差值，这里为正偏差，mm；
―型芯的公差，一般取=Δ/4，mm。
（3） 型腔深度尺寸的计算
型腔深度尺寸的计算公式为

式中 ―型腔的深度尺寸，mm；
―塑料的平均收缩率，%；
―塑件高度公称尺寸，mm；
2/3―系数为0.5左右；
Δ―塑件的公差值，这里为负偏差，mm；
―型腔深度的公差，一般取=Δ/4，mm。
（4） 型芯高度尺寸的计算
型芯高度尺寸的计算公式为

式中 ―型芯的高度尺寸，mm；

12

―塑料的平均收缩率，%；
―塑件孔深度尺寸，mm；
2/3―系数为0.5左右；
Δ―塑件的公差值，这里为正偏差，mm；
―型芯高度的公差，一般取=Δ/4，mm。
根据相关手册，查得ABS的成形收缩率为0.3~0.7%，所以平均收缩率为0.5%，由于塑件未注公差，这里公差等级按MT5级进行计算，将塑件的尺寸和公差要求等代入以上公式得到成形零件各工作尺寸的计算结果见表4-1。
表4-1 成形零件各工作尺寸的计算结果（mm）
尺寸部位
塑件尺寸
塑件公差
计算结果
型腔径向尺寸
241.05
2.10

220.96
1.92

型芯径向尺寸
237.45
2.10

217.54
1.92

型腔深度尺寸
25.25
0.50

型芯高度尺寸
23.28
0.44

4.3.3 型腔侧壁和底座厚度的计算
在成形过程中，型腔会受到很大的压力，因此应具有足够的强度和刚度以保证模具不发生塑性变形和注射时产生溢料现象。对于大尺寸型腔，应保证其刚度；对于小尺寸的型腔，应保证其强度。由于本塑件属于中等以上尺寸，这里按刚度计算型腔的侧壁和底板。型腔为整体式矩形凹模，则侧壁厚度

13

底板厚度

式中 ，―系数；
p―型腔内熔融塑料的压力，MPa；
―弹性模量，MPa这里取2.12×105MPa；
―许用应力，MPa；
h―型腔深度，mm；
b―底板受压宽度，mm。
4.3.4 成形零件材料的选择
成型零件是模具中最重要的组成部分，对材料的选择要求比较高，这里要求材料具有良好的冷、热加工性能。抛光性能要优良，淬透性要高，而且要有足够的刚度、强度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，不易生锈。根据对塑件的综合分析，这里的凹、凸模的钢材我们可以选用P20。
4.4 合模导向和定位机构的设计
注射模闭合时要使型腔形状和尺寸准确，动模和定模以及模内其他零件应按一定的方向和位置合模，以免发生模具动、定模的错位造成成型零件的损坏，因此必须设置导向定位机构。导柱导向和锥面定位是两种最常见的导向定位机构，这两种机构都具有一定的定位作用，导向作用以及承受一定的侧向压力的作用。本塑件对模具的定位精度要求不高，故采用标准模架本身所带的定位结构。
4.5 脱模机构的设计
脱模机构指的是一种能让成型后的塑件在型腔中顺利脱出的装置，一般由推杆、推出固定板、导套、导柱、推板、拉料杆、复位杆和限位钉组成。
脱模机构的设计一般应遵循以下要求：
（1） 能够让塑件停留在动模上
（2） 尽量保证塑件的完整，不能使之发生变形
（3） 保证塑件的良好外观
（4） 应当有足够的强度和刚度，加工简单，能够灵活运动，容易更换，有可靠的结构
此外，本塑件采用一次脱模结构，在不影响塑件质量的情况下，尽可能使模
14

具结构简单实用，以节约成本。
4.5.1 脱模力的计算
塑件在成型时，塑料熔体冷却后体积收缩从而将型芯包住，脱模力指的是将塑件从型芯上脱出所需克服的阻力。由于脱模力的计算与测量十分复杂，这里将其简化为矩形作为近似计算。
已知本塑件的长l=240mm，宽b=220mm，由于塑件型芯的平均半径与壁厚之比

因此本塑件为薄壁塑件，它的脱模力的计算公式如下

式中 —塑料的拉伸弹性模量，MPa；
　　　—成形收缩率；
　　　—塑料的泊松比；
—型芯的脱模斜度；
—型芯脱模方向的高度，mm；
　　 —塑件壁厚，mm；
—塑件与钢材表面的静摩擦因数；
—型芯的横截面积，mm²。
对于ABS的以上相关参数见表4-2。
表4-2 ABS的塑料参数
塑料名称
成形收缩率/%
拉伸模量 /GPa
泊松比
与钢摩擦因素ƒ
ABS
0.40~0.70
1.910~1.980
0.3
0.450
已知h=25mm，t=1.5mm，=30370.6mm²，根据表4-2取=0.50%，=1.94GPa，=0.3，ƒ=0.450代入式中，得脱模力

4.5.2 推杆脱模机构
在推出机构中推杆较为常见，这是因为推杆的加工比较简单，也比较容易安装和维修，并且它的脱模效果非常好，在使用寿命上也比较好，因此得到广泛应用。但是也有一些缺点，比如与塑件接触面积小，所以可能造成塑件的变形，甚至把塑件顶穿。因此需要对推杆脱模机构进行严格的设计，保证塑件在脱模时能够受力均匀，不易产生变形。
一般推杆脱模机构设计要注意如下要求：
（1） 在脱模阻力比较大的地方应设置推杆
（2） 不要在塑件壁厚的最薄处设置推杆
（3） 推杆的断面与型腔应保持在同个平面或超出型腔平面的0.05~0.1mm
（4） 为减小各推杆作用在塑件上的应力，应多设推杆，保证塑件质量
这里采用最常见的直杆式圆柱形推杆，根据压杆稳定公式计算出顶杆直径为

式中 －安全系数,常取1.5；
－推杆材料的弹性模量（MPa），这里取MPa；
－塑件的脱模力（N）；
－顶杆长度（mm），设计为180mm；
—顶杆数目,初步取14根；
由上式计算可得

为了方便，顶杆的设计在模具行业中都规定了标准，所以顶杆一般选择标准件，这里选择d=4，数量为8根。为了验证是否满足强度要求，下面对顶杆直径的强度进行校核，其公式为

式中 []－顶杆材料的许用应力(MPa)，一般为150MPa；
－塑件的脱模力(N)；
由上式可得

因此设计的所有的顶杆都符合强度要求。
对于推杆的固定通常采用固定板固定推杆在推板上的形式，这里采用的就是这种形式。推杆与推杆孔一段配合长度为推杆直径的1.5~2倍，推杆和模体一般为H8/f7或H7/f7配合，配合间隙值以塑料熔体不溢料为标准。

16

4.6 模具冷却系统的设计
在注射成型中，模具的温度对塑件成形的质量和生产效率有很大的影响。一般塑料熔体在200℃左右注射到模具内，为了能使熔体在模具内固化，模具温度必须控制在60℃左右，因此需要设计冷却系统将大部分的热量带走，主要用冷却水道和冷却水进行冷却。冷却系统的设计，应遵循以下原则：
（1） 冷却水道应设计的多一点，且截面尺寸大一些，从而保证型腔表面温度均匀。
（2）冷却水道与型腔表面应距离使之相等，对于塑件壁厚不均匀的情况下，厚的地方距离应近一些，间距小一些。
（3）冷却水的路口应设在浇口的附近，因为浇口处模具温度最高。
（4）冷却水道出口与入口温差应当尽量小，因此冷却水道不易过长或过短。
（5）对于收缩率较大的塑料，一般沿着塑料收缩的方向进行冷却水道设置。
（6）为了防止产生熔接痕，影响强度，塑件熔接的部分不应设冷却水道。
（7）为避免模具温度不均匀，冷却水道可设计成单回路或多回路。
4.6.1 冷却系统的计算
1. 塑料传给模具的热量
根据相关资料，ABS熔融状态下在模具中的冷却时间约为15~30s，而模具的冷却时间在整个注射循环周期一般约占2/3，这里冷却时间取20s，故整个注射循环的时间为30s，因此每小时的注射次数到达120次。已知每次注射的塑料量为0.079kg，注射机喷嘴温度取180℃，模具温度取60℃，查有关手册得ABS的比热容为1.47kJ/kg，将这些参数代入下式
=nmCp﹙θ1 －θ0﹚=120×0.079×1.47×﹙180－60﹚kJ/h=1672.3kJ/h
式中 ―单位时间内模具获得的热量，kJ/h；
n―每小时的注射次数；
m―每次注射的塑料量，kg；
Cp―塑料的比热容，kJ/kg·k；
θ1―塑料熔体注入模具的温度，℃；
θ0―塑件脱模的温度，℃。
2. 由冷却水带走的热量
塑料熔体稳定注入注射模时，释放的绝大部分热量都由冷却水带走，在单位时间内冷却水将模具带走的热量为
w＝95%=95%×1672.3kJ/h=1588.7kJ/h
3. 冷却水道表壁的面积

17

为了保证冷却水在管道中稳定流动，因此冷却水道直径与水流流速有一定关系见下表4-3。
表4-3 直径与流速
dw/mm
8
10
12
15
20
V/(m/s)
1.66
1.32
1.1
0.87
0.66
由于该塑件的平均壁厚为1.5mm，所以冷却水道直径dw取10mm，冷却水道的出、入口温差应尽量少，因此入口水温取20℃，出口水温取25℃，平均水温为22.5℃，则冷却水对其管壁的传热系数hw为
2576.5w/m²k
冷却水的平均温度和模具型腔表面的平均温度之间的差值为37.5℃,则传热导面积

4. 冷却水管的总长度
冷却水管总长度
Lw=0.14m
4.6.2 冷却系统的结构设计
从计算结果看,只需一条140mm的冷却水道即可满足要求，但是考虑到实际情况，这是不可取的，由于该塑件在分型面上的垂直投影面积相对比较大，一条冷却水道会造成型腔表面温度分布不均匀，所以这里在分型面两侧分别设计5条冷却水道，水道孔边与型腔、型芯的距离均为10mm，定模水道布局如图4-6所示，动模水道布局如图4-7所示。

18

图4-6 定模水道布局图 图4-7 动模水道布局
4.7 模架及模具材料的选择
模架是模具的骨架，模具各部分通过模架联接在一起。模架一般选用标准模架，这是由于模具标准化使得模具的生产周期大大的缩短，制造质量也有一定的提高，模具的成本也有所降低，并且能使模具中易损零件容易互换，一定程度上有利于模具的维修。
本塑件采用单分型面注射模，并且型腔的尺寸为300×300mm，凸模嵌件的高度为45mm，凹模嵌件的高度为55mm，根据 《塑料注射模中小型模架》 （GB/T 12556.1―1990）选择A1型模架，模板尺寸为450×450mm，其具体参数见表4-4，利用UG导出模架如图4-8所示，最后绘制成一副模具3D总装配图如图4-9所示。

表4-4 模架标准尺寸(mm)
型号
系列
T
A
B
C
L
总高
A1
450×450
35
70
90
120
35
350

19

图4-8 UG导出模架

20

图4-9 模具3D总装配图
各种模板、固定板、垫块、推板等这里选择45钢，经过热处理后的硬度≥200HBS，导柱和导套选择T8A，热处理50~55HRC。
第五章 注射机参数与模具的校核
为了使模具能在注射机中正常运行，需对相关参数进行校核。
5.1 注射机闭合高度与模具厚度校核
模具的厚度是有规定的，应在注射机的许用厚度范围之内。太薄，会造成模具不能压紧；太厚，肘节就不能正常闭锁。因此，所设计的模具厚度应当落在注射机所规定的模具最大和最小厚度范围之内，如下式

所以模具的厚度符合安装要求。
5.2 注射机开模行程校