塑料模课程设计.docx

航空制造工程学院
塑料模
课 程 设 计

学 院： 航空制造工程学院
专业名称： 材料成型及控制工程
班级学号： 10033503
学生姓名： 周晓晓
指导教师： 李春

二O一三 年 11 月
目录
1 塑件技术要求及工艺分析 4
1.1 塑件技术要求 4
1.1.1 塑件零件图 4
1.1.2 塑件技术要求 5
1.2 塑件的工艺性分析 6
1.2.1 塑件的材料性能 6
1.2.2塑件的尺寸精度 7
1.2.3塑件的表面质量 8
1.2.4塑件的结构工艺性 8
1.2.5塑件的体积及质量估算 10
2 分型面的选择与浇注系统设计 10
2.1 分型面的选择 10
2.1.1 型腔数目的确定 10
2.1.2型腔的排列 10
2.1.3 分型面的选择 11
2.2 初步确定注射机的型号 13
2.3 浇注系统的设计 14
2.3.1浇注系统设计原则 14
2.3.2主流道的设计 15
2.3.3分流道的设计 16
2.3.4浇口的设计 18
2.3.5冷料穴和拉料杆的设计 19
3 成型零部件设计及计算 20
3.1 成型零部件的结构设计 20
3.1.1 凹模和凸模的结构设计 21
3.2 成型零部件的工作尺寸计算 21
3.2.1 型腔、型芯和中心距计算公式 21
3.2.2 型腔工作尺寸的计算 22
3.2.3 型芯工作尺寸的计算 23
3.2.4 中心距的计算 23
3.3 成型零部件的刚度与强度计算 23
3.3.1 成型零部件强度、刚度计算时需要考虑的问题 23
3.3.2组合式圆形型腔侧壁和底板厚度的计算 27
4结构零部件设计 28
4.1选择标准模架 28
4.2支承零部件设计 31
4.2.1固定板、支承板的设计 31
4.2.2垫块的设计 32
4.2.3动定模座板的设计 32
4.3 合模导向机构设计 32
4.3.1导柱的设计 32
4.3.2导套的设计 33
4.3.3导柱与导套的配合形式 33
5推出机构设计 33
5.1推出机构的设计要求 33
5.2推出力的计算 34
5.3推出机构的设计 35
5.3.1推杆的形状 35
5.3.2推杆的固定与配合 35
5.3.3推杆位置的选择 36
6温度调节系统的设计 36
6.1注射模具温度调节系统的重要性 36
6.2冷却系统结构的设计 37
6.2.1冷却水回路的布置 37
6.2.2常见冷却系统的结构 37
7 注射机参数的校核 38
8 注射模具的工作原理 38
参考文献 39

1 塑件技术要求及工艺分析
1.1 塑件技术要求
1.1.1 塑件零件图
塑件名称：某型号零件，其二维图如图1-1所示。

图1-1 塑件二维图

利用UG软件绘制三维图，如图1-2所示。

图1-2 塑件三维图
1.1.2 塑件技术要求
塑件的名称：某型号零件
塑件的材料：丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS），属于热塑性材料
塑件的用途：属于工业用品
塑件的尺寸要求：未注公差等级按照MT5查取公差，塑件要求外观表面光泽、无杂色，无收缩痕迹
塑件的生产批量：大批量

1.2 塑件的工艺性分析
塑件的工艺性包括塑件的材料性能、塑件的尺寸精度、塑件的表面质量、塑件的结构工艺性和零件体积及质量估算，其具体分析如下：
1.2.1 塑件的材料性能
（1）使用性能:
1）ABS塑料综合性能良好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。
(2)成型性能
1）无定型塑料 其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。
2）吸湿性强 该塑料含水量小于0.3﹪（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件硬要求长时间预热。
3）流动性中等 溢边料0.04mm左右。(流动性比聚苯乙烯，AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好)。
4）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高)，料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为250℃左右，比聚苯乙烯易分解)，对要求精度较高塑件模温宜取50～60℃，要求光泽及耐热型料宜取60～80℃，注射压力应比加工聚苯乙烯的高，一般用柱塞式注射机时料温为180～230℃，注射压力为100～140Mpa，螺杆式注射机则取160～220℃，70～100MPa。
5）模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，易发生熔接痕，应注意选择浇口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹(但在热水中加热可消失)，脱模斜度宜取2°以上。
（3）ABS的主要性能指标见表1-1

表1-1 ABS的性能指标
密度/g.cm-3
1.02～1.08
屈服密度/Mp
50
比体积/cm3.g-1
0.86～0.98
拉伸强度/Mp
38
吸水率(%)
0.2～0.4
拉深弹性模量/Mp
1.4×103
熔点/℃
130～160
抗弯强度/Mp
80
计算收缩率(%)
0.4～0.7
抗压强度/Mp
53
比热容/J.(kg.℃)-1
1470
弯曲弹性模量/Mp
1.4×103

1.2.2塑件的尺寸精度
塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。一般而言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。而模具的某些结构特点又在相当大程度的影响塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度应尽量选择的低些。对于本产品，图纸未注明尺寸精度，我们取一般精度。IT4=0. 26mm。
此值由下表查知:
表1-2 精度等级选用推荐表

塑料
高精度
一般精度
低精度
聚苯乙烯
3
4
5
ABS
聚甲基丙烯酸甲酯
聚碳酸酯
聚砜
酚醛
玻璃纤维增强塑料
聚酰胺
4
5
6
聚氯乙烯
聚甲醛
5
6
7
聚丙烯
高密聚乙烯
聚氯乙烯（软）
6
7
8
低密度聚乙烯
表1-3 公差数值表
1.2.3塑件的表面质量
该零件的表面除要求没有流纹、缺陷、毛刺，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。

1.2.4塑件的结构工艺性
（1）侧孔与侧凹
在塑件设计时，应尽量避免侧孔与侧凹，以减少模具复杂程度，提高模具的可靠性。故在设计模具时必须给予充分的考虑和重视。
（2）脱模斜度
由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型心或行腔突出的部分，为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模，必须对塑件的设计提出脱模斜度的要求，要求在塑件设计时或者在模具设计时给予充分的考虑，设计出脱模斜度。目前并没有精确的计算公式，只能靠前人总结的经验资料。塑件的脱模斜度与塑料的品种，制件形状以及模具结构均有关，一般情况下取0. 5度，最小为15分到20分。下表为常用的脱模斜度：
表1-4 几种塑料的常用脱模斜度

塑料名称
脱模斜度
凹模
型芯
聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、氯酰胺、氯化聚醚
25′～45′
20′～45′
硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜
35′～40′
30′～50′
聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛
35′～1°30′
30′～40′
热固性的塑料
25′～40′
20′～50′
（3）塑件壁厚
塑料制品应该有一定的厚度，这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的强度和刚度，而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态。
塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约。根据成型成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩孔，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。热塑性塑料的壁厚应该控制在1 mm-4mm之间。太厚，会产生气泡和缺陷，同时也不易冷却。
由产品图可知，其形状较为规则，结构不太复杂:从产品的壁厚上来看，壁厚最大处为5mm，最小处为1.5mm较均匀，有利于零件的成型。该产品孔边距约为2mm，符合要求
（4）加强肋 支撑面
为使塑件具有一定的强度和刚性，又不使塑料件截面壁太厚，而产生成型缺陷，行之有效的方法就是，在塑件结构允许的位置适当设置加强肋或者增设防止变形结构。加强肋不仅可防止塑件变形，而且有利于改善塑件模塑成型的充模状况。设置加强肋后，可能出现背部塌坑，但只要位置设置得当，壁厚合适，既可避免。
（5）圆角
塑件的边缘和边角带有圆角，可以增强塑件某部位或者整个塑件的机械强度从而改善成型时塑料在模腔内流动条件，也有利于塑件的顶出和脱模。因此塑件除了使用上的要求采用尖角或者不能出现圆角外，应该尽量采用圆角特征。塑件上采用还可以使模具成型零部件加强，排除成型零部件热处理或使用时可能产生的应力集中问题。由塑件的产品图可知:产品所有边缘均带有圆角特征，最大圆角特征R=1mm,最小圆角特征r=0. 1mm。

1.2.5塑件的体积及质量估算
在UG软件中三维建模后，分析体测得体积v= 3045mm³，由表1-1取密度ρ=1.05g/cm³。
质量m=ρv=1.05×3.045=3.19725g

2 分型面的选择与浇注系统设计
2.1 分型面的选择
2.1.1 型腔数目的确定
对于一个塑件的模具设计的第一步骤就是型腔数目的确定。
单型腔模具的优点是:塑件精度高;工艺参数易于控制;模具结构简单;模具制造成本低，周期短。缺点是:塑件成型的生产率低、成本高。单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。
多型腔模具的优点是:塑件成型的生产率高，成本低。缺点是:塑件精度低;工艺参数难以控制。模具结构复杂;模具制造成本高，周期长。多型腔模具适用于大批量、长期生产的小塑件。
根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低4%，由于没有规定制品尺寸精度，且产品较小，产量较大，所以应设计成一模四到八腔，这里综合考虑预采用一模六腔。
2.1.2型腔的排列
（1）型腔排列的一般原则
1）流动长度要适当，流道废料尽量少，浇口位置要合适统一，进料要平衡，还要使型腔压力平衡。
2）排位应保证流道、浇口套距定模型腔边缘有一定距离，以满足封胶要求；
3）排位应满足模具结构等的空间要求。
4）为了使模具达到较好的冷却效果，排位应注意螺钉、推杆对冷却水孔的影响，预留冷却水空的位置。
5）排位要尽可能紧凑，以减小模具的外形尺寸，且长宽比例要始适中，同时也要考虑注射机的要求。
（2）型腔排列形式的确定
综合考虑上述排列原则及加工难度、经济性、效率、成本等因素，又由于本设计选择的是一模六腔，故采用圆周式对称排列。如图2-1所示：

图2-1 型腔排列示意图

2.1.3 分型面的选择
（1）分型面的设计原则
1）分型面的位置应开设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔。
2）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。以使得模具零件易于加工。
3）分型面的选择应有利于保证塑件尺寸精度要求。
4）分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，而且在分型面处所产生的飞边应容易修整加工，从而有利于保证塑件的外观质量。
5）应满足塑件的使用要求，即从使用的角度避免脱模斜度、推杆及浇口痕迹等工艺缺陷影响塑件功能。
6）为便于塑件脱模，应尽可能使塑件在开模时留在下模或动模部分，易于设置和制造简便易行的脱模机构。若塑件有侧孔时，应尽可能地将侧型芯设在动模部分，避免定模抽芯
7）考虑锁模力，分型面的选择应尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。
8）考虑侧向抽拔距，一般机械分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。
9）尽量方便浇注系统的布置。
10）为了有利于气体的排出，分型面应尽可能与料流的末端重合。
11）考虑注塑机的技术规格，是模板间距大小合适。
12）选择分型面时根据塑件的使用要求和所用塑料，要考虑飞边在塑件上的部位。
13）选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。
（2）分型面的确定
综合考虑以上的设计原则，结合该塑件的特性，其分型面的选择如图2-2所示：

图2-2 左为下模及塑件（移去上模），右为分型面示意图
2.2 初步确定注射机的型号
根据ABS注射用量：模腔数×（制品体积+系统凝料体积）
（1） 塑件的体积UG分析为3.045cm³
（2） 浇注系统凝料体积的初步估计
虽然设计之前难以确定浇注系统凝料的准确数值，单可以根据经验按照塑件体积的0.2～1倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短。因此浇注系统凝料按塑件体积的0.4倍来估算。故，一次注入模具型腔的塑料熔体的总体积为：

（3） 注塑机的预选
根据经验，ABS制品注射量取设备最大理论注射量的50%-75%，根据《中国模具设计大典》初步选择螺杆型机SZ-60/450，主要参数见表2-1

表2-1 SZ-60/450型注射机的主要参数
螺杆直径/mm
Φ30
注射容量/cm3
78
模具厚度/mm
最大
300
锁模力/KN
450
最小
100
最大注射面积/cm3
160
喷嘴
球半径/mm
SR20
模板行程/mm
220
孔直径/mm
3.5
定位孔直径/mm
Φ55
拉杆间距/mm×mm
220×300
注射压力/MPa
170

2.3 浇注系统的设计
2.3.1浇注系统设计原则
（1）结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置，在平衡式布置中，从主流道末端到各型腔的分流道和浇口，其长度、断面面积和尺寸都对应相等。这种布置能使塑料熔体均衡地进料，在同一时刻，以相同的压力和温度充满型腔。
（2）尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间。为此，浇注系统的长度应尽量短、断面尺寸应合理、应尽量减少流道的弯折。
（3）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩。
（4）避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生。
（5）浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和修整。
（6）熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响。
（7）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量。
（8）浇注系统的模具工作表而应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求。
（9）设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。
（10）应尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合也应使两者的偏离距离尽可能缩小。
2.3.2主流道的设计
主流道通常位于模具的中心，是塑料熔体的入口，为了便于熔融塑料在注射时能顺利的流入，开模时又能使冷却后的主流道凝料从主浇道中顺利地拔出。由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套。如图2-3所示：

图2-3 浇口套示意图
（1）主流道浇口套的设计依据：
1）浇口套的内孔（主流道）呈圆锥形，锥度2°～6°.若锥度过大会造成压力减弱，流速减慢，塑料涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使阻力增大，热量损耗大，表面黏度上升，造成注射困难。
2）浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1大0.5～1mm。若等于或小于注射机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后，脱模困难。D=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）=3.5+0.5=4mm
3）浇口套内孔出料口处（大端）应设计成圆角r，一般为0.5～3mm。
4）浇口套与注射机喷嘴在接触处的圆弧度必须吻合，设球面浇口套球面半径为SR，注射机球面半径为r,其关系式如下： SR=喷嘴尺寸半径+（1～2）=22+1=23mm浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触时圆弧度吻合的好。
5）浇口套长度（主流道长度）应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。
6）浇口套锥度内壁表面粗糙度为Ra1.6～Ra0.8μm,保证料流顺利，易脱模。
7）浇口套不能制成拼块结构，以避免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。
8）浇口套的长度应与定模板厚度一致，它的端部不应凸出在分型面上，否则会造成合模困难，不严密，产生溢料，甚至压坏模具。
9）浇口套部位是热量最集中的地方，为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量，要考虑冷却措施。
（2）主流道浇口套形式
浇口套的结构形式有两种，一种是整体式，既定位圈与浇口套为一体，并压配于定模板内，一般用于小型模具；另一种为将浇口套和定位圈设计成两个零件，然后配合在模板上，主要用于中、大型模具。
本设计的模具为一副小型模具，故采用整体式结构。
（4） 主流道相应参数的汇总
1）长度：初取50mm；小端直径d=4mm；大端直径D= d＋2×L×tan（α/2）=6mm（锥度α=4°）；球面直径SR=23mm；球面配合高度取4mm。
2）主流道凝料体积：

3）主流道当量半径R=（4+6）/2=5mm
2.3.3分流道的设计
分流道是指主流道末端与浇口之间有一段塑料熔体的流动通道。其基本作用是在压力损失最小的条件下，将来自主流道的熔融塑料，以较快的速度送到浇口处充模。同时，在保证熔体均匀地分配到各型腔的前提下，要求分流道中残留的熔融塑料最少，以减少冷料的回收。
该模具采用半圆型分流道，使得加工容易，热量损失与压力损失均不大，从而有利于成形。
（1）分流道的设计要点
1）在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。
2）分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。
3）分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。
4）分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。
（2）分流道的布局
型腔采用的是一模六腔的圆周式布局，故分流道布局示意图见图2-4

图2-4 分流道布局示意图
（5） 分流道相应参数的确定
1） 分流道的长度，由于流道设计简单，根据六个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时分流道设计可适当选小一些。单边分流道长度取。
2） 对于ABS塑料，分流道直径D=4.7～9.5mm， 由于制件很小取D=5mm。
3） 凝料体积
4） 分流道表面粗糙度一般在Ra=1.25～2.5即可，此处取。另外，脱模斜度一般在5°～10°之间，这里取脱模斜度为6°。
（6） 校核剪切速率
1） 确定注射时间，查《中国模具设计大典》，取t=1s。
2） 计算分流道体积流量：
3） 剪切速率：

该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×102～5×103之间，所以么分流道内熔体的剪切速率合格。
2.3.4浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位，也是最薄点。其形状、大小及位置应根据塑件大小、形状、壁厚、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。浇口分限制性浇口和非限制性浇口，该塑件采用的是限制性浇口，它一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，有利于塑料进入，使其充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分开的作用。
设计中，浇口的位置及尺寸的要求是比较严格的，初步试模，必要时还需要修改。因此浇口的位置的开设，对成型性能及成型质量的影响是很大的。一般在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构工艺及特征，成型质量和技术要求，综合分析。
（1）浇口的设计要点
1）尽量缩短流动距离。
2）浇口应设在塑件制品断面较厚的部位。
3）必须尽量减少或避免熔接痕。
4）应有利于型腔中气体的排除。
5）考虑分析定向的影响
6）避免产生喷射和蠕动。
7）不在承受弯曲冲击载荷的部位设置浇口。
8）浇口位置的选择应注意塑件的外观质量。
综合考虑塑件的外观及型腔的分布情况，又为了不影响塑件的外观，初选在塑件分型面侧面进料，它能保证塑料迅速而且均匀充满型腔，而且有利于加工和修整。

（2）浇口相应参数的确定
1）侧浇口厚度：t=0.6×5=3mm
2）侧浇口宽度：
3）浇口非重叠长度L=2.0～3.0mm，这里取2.5mm；浇口重叠长l=0.6+b/2=0.6+0.5=1.1mm，浇口总长度为L+l=3.6mm。
（3） 校核剪切速率
1） 确定注射时间，查《中国模具设计大典》，取t=1s。
2） 计算分流道体积流量：
3）剪切速率：

该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×102～5×103之间，所以么分流道内熔体的剪切速率合格。
2.3.5冷料穴和拉料杆的设计
(1)冷料穴的设计
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中拖出。冷料穴的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。此模具冷料穴直径取8mm，深度取6mm。
采用带Z形头拉料杆的冷料穴，将其设置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼起开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍做侧向移动便可取出凝料的作用。在本模具中分流道较短且布局决定不需设计冷料穴。
（2）拉料杆的设计
拉料杆的作用是勾着浇注系统冷料，使其随同塑件一起留在动模一侧，其分为主流道拉料杆和分流道拉料杆，本设计只需设计主流道拉料杆。拉料杆直径与冷料穴相配合，长度根据模架调整，长度低于分型面留出冷料穴的位置。
Z字型拉料杆形式冷料穴示意图见图2-5

图2-5 Z字型拉料杆形式冷料穴示意图
3 成型零部件设计及计算
3.1 成型零部件的结构设计
构成型腔的零件统称为成型零件，它主要包括模，凸模、型芯、镶块各种成型杆，各种成型环由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨力以承受塑料的挤压力和料流的磨擦力和足够的精度和表面光洁度，以保证塑料制品表面光高美观，容易脱模，一般来说成型零年都应进行热处理，使其具有HRC40 以上的硬度，如成型产生腐蚀性气体的塑料如聚氯已烯等。还应选择耐腐蚀的钢材。

3.1.1 凹模和凸模的结构设计
（1）凹模的结构设计
凹模用于成型塑件的外表面，又称为阴模、型腔。按其结构的不同可分为整体式和组合式，组合式可细分为整体嵌入式、局部镶嵌式底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式5种。
由于本产品的结构较简单，塑件尺寸小，型腔数目多，故采用整体嵌入式凹模。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。
（2）凸模的结构设计
凸模用于成型塑件的内表面，又称为阳模、型芯。与凹模结构设计类似，凸模也采用整体嵌入式结构。
3.2 成型零部件的工作尺寸计算
3.2.1 型腔、型芯和中心距计算公式
（1）型腔工作尺寸计算公式
1）型腔径向尺寸

式中，S------塑件平均收缩率这里取0.6% ，下同；
L s ------ 塑件外径尺寸
Δ -----塑件正差值
δ ------ 制造公差，取Δ/6
2）型腔深度尺寸

式中,Hs ------ 塑件深度尺寸
Δ -----塑件正差值
δ ------ 制造公差，取Δ /6
（2）型芯工作尺寸计算公式
1）型芯径向尺寸的计算

式中，L s ------ 塑件外径尺寸
Δ -----塑件负差值
δ ------ 制造公差，取Δ /6
2）型芯深度尺寸

式中,Hs ------ 塑件深度尺寸
Δ -----塑件负差值
δ ------ 制造公差，取Δ /6
（3）中心距工作尺寸计算：
3.2.2 型腔工作尺寸的计算
塑件精度等级取5级，塑件基本尺寸在0~3mm公差取0.20mm；在3~6mm公差取0.24mm；6~10mm公差取0.28mm；14~18mm公差取0.38mm；18~24mm公差取0.44mm；24~30mm公差取0.32mm；；在30~40mm范围内公差取0.36mm；
（1）径向尺寸：
1）
2）
3）
4）
5）
（2）高度尺寸：
1）
2）
4）

3.2.3 型芯工作尺寸的计算
（1）径向尺寸：
1）
2）
3）
4）
5）
（2）高度尺寸：
1）
2）
3）
4）

3.2.4 中心距的计算

3.3 成型零部件的刚度与强度计算
3.3.1 成型零部件强度、刚度计算时需要考虑的问题
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度。如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料和出现飞边，降低塑料件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其是对于精度要求高的或大型的模具型腔，更不能单纯的凭经验来确定型腔的侧壁和底板的厚度。
模具型腔壁厚的计算，应以最大压力为准。而最大压力是在注射时，熔体充满型腔的瞬间产生，随着塑料的冷却和浇口的冻结，型腔内压力逐渐降低，在开模时接近常压。理论分析和生产实践表明，大尺寸模具型腔刚度不足是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具型腔，在发生大的弹性变形前，其内应力往往超过了模具材料的许用应力，因此强度不够是主要矛盾，因此，设计型腔壁厚应以满足强度条件为准。随型腔基本尺寸增大，分别按强度条件和刚度条件计算，则壁厚与半径的关系见表3-1,图3-1。
表3-1 组合圆形型腔壁厚与半径关系  （mm）
型腔半径
20
50
86
100
130
140
按强度算的壁厚
13
31.5
54
63
76
88
按刚度算的壁厚
2.1
15
54
85
149
280

图3-1 组合圆形型腔壁厚与半径的关系图
    型腔壁厚的强度计算条件是型腔在各种受力形式下的应力值不得超过模具材料的许用应力，即：σmax ≤[σ]；型腔壁厚的刚度计算条件应使型腔弹性变形不超过允许变形量，即：δmax ≤[δ]。
    （1） 塑件成型过程中不产生溢料
   当高压熔体注入型腔时，模具型腔的某些配合面产生间隙，间隙过大则出现溢料，如图3-2所示。这时应根据塑料的粘度特性，在不产生溢料的前提下，将允许的最大间隙值〔δ〕作为型腔的刚度条件。各种塑料的最大不溢料间隙值表3-2。

图3-2不发生溢料示意图
表3-2 不发生溢料的间隙值        （mm）
粘度特性
塑料品种举例
允许变形值[δ]
低粘度塑料
尼龙(PA)、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚甲醛（POM）
≤0.025~0.04
中粘度塑料
聚苯乙烯(PS)、ABS、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
≤0.05
高粘度塑料
聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）、聚苯醛（PPO）
≤0.06~0.08
   （2）保证塑件的尺寸精度
   某些塑件个别部位的尺寸常要求比较高的精度，这就要求模具型腔应具有很好的刚性，以保证塑料熔体注入型腔时不产生过大的弹性变形。此时，型腔的允许变形量〔δ〕由塑件尺寸和公差值来确定。由塑件尺寸精度确定的刚度条件可用表3-3所列的经验公式计算出来。

表3-3 保证塑件尺寸精度的〔δ〕值    （mm）
塑件尺寸
经验公式〔δ〕
＜10
Δi/3
＞10~50
Δi/[3（1+Δi）]
＞50~200
Δi/[5（1+Δi）]
＞200~500
Δi/[10（1+Δi）]
＞500~1000
Δi/[15（1+Δi）]
＞1000~2000
Δi/[20（1+Δi）]
注：i为塑件精度等级；Δi为塑件尺寸公差值。
   （3）保证塑件顺利脱模
    如果型腔刚度不足，在熔体高压作用下会产生过大的弹性变形，当变形量超过塑件的收缩率时，塑件周边将被型腔紧紧包住而难以脱模，强制顶出易使塑件划伤或破裂，因此，型腔的允许弹性变形量应小于塑件壁厚的收缩值，即：
〔δ〕< δ*S　
式中：〔δ〕——保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量；
　　　 δ——塑件壁厚（mm）；
S——塑件的收缩率。
    在一般情况下，因塑料的收缩率较大，型腔的弹性变形量不会超过塑料冷却时的收缩值。因此，型腔的刚度要求主要由不溢料和塑件精度来决定的。当塑件某一尺寸同时有几项要求时，应以其中最苛刻的条件作为刚度设计的依据。型腔尺寸以强度和刚度计算的分界值取决于型腔的形状、结构、模具材料的许用应力、型腔允许的弹性变形量以及型腔内熔体的最大压力。在以上诸因素一定的条件下，以强度计算所需要的壁厚和以刚度计算所需要的壁厚相等时的型腔内尺寸即为强度计算和刚度计算的分界值。在分界值不知道的情况下，应分别按强度条件和刚度条件算出壁厚，取其中较大值作为模具型腔的壁厚。
3.3.2组合式圆形型腔侧壁和底板厚度的计算
（1）组合式圆形型腔侧壁厚度的计算
组合式圆形型腔侧壁可以看作是两端敞开、仅受均匀内压的后壁圆筒。当熔体高压作用时，其内径增大，侧壁与底板之间产生间隙。当见习超过一定范围时，就会产生溢料。因此，侧壁最大变形量应满足刚度条件：

式中：R——型腔外半径，68mm；
r——型腔内半径，30mm；
μ——泊松比，碳钢取0.25；
p——型腔内熔体压力，MPa，一般为30～50MPa，初选40MPa
E——刚的弹性模量，取2.06×105
——型腔允许变形量。这里取0.05mm
同时也应满足强度条件：，由图3-1组合圆形型腔壁厚与半径的关系图，由于圆形型腔内半径较小，按强度条件计算型腔壁厚。

σp 模具强度计算的许用应力，预硬化模具钢σp =300MPa，p=40MPa，代入上式得侧壁厚度S=5mm。
（1） 组合式圆形型腔底板厚度的计算
组合式圆形型腔底板固定在圆环形的模脚上，嘉定模脚的内径等于型腔的内径，底板可作为周边简支圆板，最大变形中心在底板中心。
按刚度条件，有

按强度条件，最大应力也发生在底板中心，则有

组合式圆形型腔底板厚度或动模垫板厚度的计算公式：

σp =300MPa，p=40MPa，μ=0.25，r=30代入上式，得T=12mm。
4结构零部件设计
4.1选择标准模架
《塑料注射模中小型模架》国家标准规定，中小型模架的周界尺寸范围为B× L≤500mm× 900 mm，并规定模架的结构型式为品种型号，即基本型A 1～ A4四个品种，派生型P1～P9九个品种，共13个品种。由于定模和动模座板分有肩和无肩两种形式，故又增加13个品种，共计26个模架品种。中小型模架全部采用(GB/T4169.1～4169.11《塑料注射模零件》组合而成。在组合系列中，以模板的每一宽度尺寸为系列主参数，各配以一组尺寸要素，共组成62个尺寸系列。按照同品种、同系列所选用的模板厚度A、B和垫块高度C划分为每一系列中的规格，供设计时任意组合采用。其规格数基本上覆盖了注射容量为1O～4000 cm³注射机用的各类中小型热塑性和热固性塑料注射模具。表4-1包含了(GB/T 12556-1990标准的所有A 、B板尺寸组合(62个尺寸系列)。
由于塑件体积小，单分型面，不是薄壁塑件预采用推杆推出，故采用A1型模架。大致示意图见图4-1：

图4-1 A1型基本模架

表4-1 塑料注射模中小型标准模架的尺寸组合

结合型芯型腔尺寸，由于塑件很小，故预取，B×L=100×100，导柱Ф=12mm，由于型腔底部厚度为12mm，考虑增加A板强度，预设计A板厚度为20mm，参考表4-2，取B=16mm，C=40mm，定模固定板与动模固定板各取16mm，A1型模架总高H=32+A+B+C=108mm。由于是大批量生产，导柱采用正装有肩导柱，故模具确定为A1-100100-18-Z2。

表4-2 100×L模架尺寸组合

其他尺寸见图4-2：
图4-2 100×L模架尺寸图

4.2支承零部件设计
4.2.1固定板、支承板的设计
选定标准模架A1-100100-18-Z2，查图4-2，对应固定板的尺寸为58×100×10，支撑板的尺寸为58×100×12.5。
4.2.2垫块的设计
选定标准模架A1-100100-18-Z2，查图4-2，对应垫块的尺寸为20×100×40.
4.2.3动定模座板的设计
选定标准模架A1-100100-18-Z2，查图4-2，对应动定模座板板的尺寸为160×100×16。
4.3 合模导向机构设计
4.3.1导柱的设计
导柱是与安装在另一半模上的导套相配合。导柱的基本结构形式分为带头导柱和有肩导柱。有的导柱开设油槽，内存润滑剂，以减少导柱导向的摩擦。这里采用有肩导柱。查图4-2，直径为12mm。图4-3为有肩导柱的示意图。

图4-3 有肩导柱示意图

4.3.2导套的设计
导套是与安装在另一半模上的导柱相配合。导套的基本结构形式分为不带轴向定位的直导套和带有轴向定位的有带头导套。为保证塑件的精度，采用带头导套。直径为18mm。图4-4为带头导套的示意图。

图4-4 带头导套的示意图
4.3.3导柱与导套的配合形式
导