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1.1模具概述
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一.自1927年聚乙烯问世以来,随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术材料改性技术的进步,愈来愈多的高分子材料不断涌现,促使塑料工业飞跃发展.塑料具有良好的成型加工可塑性能，在一定的温度下，通过模具可以成型为具有一定形状的制品，并在常温下保持即定的形状。
由于塑料通常都具有质轻、强度高、耐化学腐蚀性和点绝缘等优良性能，又具有价廉和成型加工方便等优点，成为现代世界必不可少的材料。
而塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状,通过一定的方式来成型塑料制品的工艺装备或工具,通常情况下,塑件质量的优劣及生产效率的高低,其模具因素占80%.然而模具的质量好坏又直接与模具的设计与制造有很大关系.模具技术,特别是设计与制造大型、精密长寿命的模具技术,便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志.
近年来,国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢,如:
P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响,但总体使用量仍较少。
塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达到70%-80%相比,仍有很大差距。
国内外塑料模具技术比较如下：
项 目 国 外 国 内
注塑模型腔精度 0.005～0.01mm 0.02～0.05mm
型腔表面粗糙度 Ra0.01～0.05μm Ra0.20μm
非淬火钢模具寿命 10～60万次 10～30万次
淬火钢模具寿命 160～300万次 50～100万次
热流道模具使用率 80%以上 总体不足10%
标准化程度 70～80% 小于30%
中型塑料模生产周期 一个月左右 2～4个月
在模具行业中的占有量 30～40% 25～30%
1.2注射成型简介
注射成型技术是根据压铸原理而发展起来的，是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一，是塑料成型的一种重要的方法。
注射成型是间歇操作，成型周期短，而且可成型带有他种材料的嵌件制品，其工艺原理是将颗粒状的塑料至于塑料注射成型机的料筒内加热使之塑化、熔融成流动状态后，通过注射机的柱塞或螺杆施压，使粘流态塑料以很高的压力和较快的速度，从料筒末端的喷嘴注射到所需制品形状的闭合模具的型腔内，经一定时间的定型后而取出制品。
注射成型是依靠注射机和注射模具来完成的。
一般注射机由四部分组成：
注射部分、合模部分、传动部分、控制部分。
注射部分是注射机最重要的组成部分，它的作用是使塑料塑化，并达到理想的流动状态，而后以高压快速注射入成型模具。
合模部分是为了保证注射模具可靠的闭合和实现模具的启闭取出制品的部件。
其他部件也是为了保证注射操作顺利进行的部件。
注射成型工艺过程：
注射成型是一个循环过程，其周期包括：
定量加料——加热塑化——施压注射充模——保压定型——启模取件等过程。
实质上最重要的是塑化、注射与模塑成型等三个工艺。
注射成型工艺条件：
1、温度：
注射成型过程需要控制的温度有料筒温度、模具温度、喷嘴温度。
料筒和喷嘴的温度决定熔体温度。
2、压力：
注射过程的压力包括塑料塑化压力和注射压力它们关系到塑料的塑化和模具成型的质量。
塑化压力即背压，其大小是随螺杆的设计、注射机的种类及塑料的特征的不同而异；
注射压力即熔体注射入模的压力，其所起的作用是克服塑料熔体从料筒向模具型腔的流动阻力，排除塑料中的气体并使之压实，给熔体充模以一定的速度。
3、时间：
完成一次注射成型过程所需时间又称为成型周期。
4、注射模具简介及摘要
1.3设计注射模具应注意的问题
设计模具时，要考虑模具装配等模具结构方面的问题，大致有以下几个方面：
1了解塑料熔体的流动行为，考虑塑料在流道和型腔各处流动的阻力，流动速度，检验最大流动长度。
根据塑料在模具内流动方向（即充模顺序），考虑塑料在模具内重新融合和型腔内原有空气导出的问题。
2考虑冷却过程中塑料收缩问题。
3通过模具设计来控制塑料在模具内结晶、取向和改善制品的内应力。
4进浇点和分型面的选择问题。
5制件的横向分型抽芯及顶出的问题。
6模具的冷却或加热问题。
7模具有关尺寸与所有注射机的关系，包括与注射机的最大注射量、锁模力、装部分的尺寸等的关系。
8模具总体结构和零件形状要简单合理，模具应具有适当的精度、光洁度、强度和刚度，易于制造和装配。
1.4注射模具典型结构
注射模的结构是根据所选用的注射机种类、塑件的结构特点及一次注射成型塑件的数量所决定的。
注射模的结构形式很多，但每幅注射模都是由动模和定模两大部分组成，动模安装在注射机的移动模板上，定模安装在注射机的固定模板上。
注射时动模和定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模和定模分离以便取出塑件。
根据模具中各零部件所起的作用，一般注射模可分为以下几个基本组成部分
（一）成型零部件：
型腔是直接成型塑料制件的部分，它通常由凹模，凹模成型塑件，型芯或成型杆、镶块等构成。
（二）浇注系统：
将塑料由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口、冷料井所组成。
（三）导向部分：
其是必不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，导向机构的主要作用有定位、导向、承受一定的侧压力三个作用。
（四）分型抽芯机构：
当塑件上有侧孔或侧凹时，开模推出塑件以前，必须先进行测向分型，将侧型芯从塑件中抽出，方能顺利脱模，这个动作过程是由分型抽芯机构实现的。
（五）顶出装置：
在开模过程中将塑件及浇注系统凝料推出或拉出的装置。
（六）冷却加热系统：
为满足注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热系统。
（七）排气系统在注射过程中，为将型腔内的空气及塑料在受热和冷凝过程中产生的气体排出去而开设的气流通道。
排气系统通常是在分型面处开设排气曹，有的也可以用活动零件的配合间隙排气。
（八）支撑与紧固零件其主要起装配、定位和联接的作用。
包括定模座板、型芯或动模固定板、支撑板、定位环等。
应该说明，不是所有注射模都具有上述八个部分，根据塑件的形状不同，模具的结构组成各异。
根据模具的运动特点均可分为两大部分：
定模部分：
一部份留于模具机座的定模板上，
动模部分：
随注射机动模板运动的部分，
定模部分与动模部分闭合则可形成型腔与浇注系统。
注射模具的分类：
一）、按注射机类型分：
立式注射机，卧式注射机，直角式注射机上用的模具。
二）、按注射模具的总体结构特征分：
1、单分型面模分流道位于分型面上，需切除流道凝料。
2、点浇口脱出模具（三板式模具）。
3、带横向抽芯的分型模具。
4、自动卸螺纹注射成型模具。
1.5本章小结
在这一章中讲述了国内现阶段模具制造业的状况，国内外模具制造业的差距及注塑成型的简介，以及模具设计的一些应注意到的问题，和注射模具的一些机构。
第二章塑件模具的设计流程
在着手进行模具的设计之前，首先应收集何整理有关塑件设计成型工艺，成型设备及模具加工等方面的资料，并做必要的分析。
严格的说，不同的塑件其模具结构是不同的。
即使是同一塑件。
如果生产批量和现场生产条件不同，其模具结构也有差异。
所以在设计模具时，应根据塑件地具体要求综合运用模具设计的基本原理和基本方法。
结合生产实际条件考虑是所设计的模具容易制造，成本低。
特别对那些比较复杂的模具成型零件。
应考虑采用一般加工还是采用特别加工方法。
加工后如何装配，试模后具有足够的修模余量。
从而使设计的模具既合理又经济。
虽然塑料模具的结构类型很多但是设计的程序却有普遍的规律性。
因本人的毕业设计为塑胶注射模，所以在此仅讨论塑胶注射模的设计的一般程序。
2.1原始资料的分析
（1）确塑件地设计要求
认真消化塑件地设计图，明确塑件地设计的设计要求。
分析塑件地结构形状。
尺寸精度，表面质量，镶件形式及其他技术要求对成型工艺的适应性，了解塑件材料的使用性能和成型性能，对形状复杂和精度要求高的塑件，还有必要了解塑件在产品中的作用，外观及装配地要求。
通过分析明确该塑件成型的可行性，经济性及模具设计的要点所在。
必要时应与产品设计者探讨塑件地材料种类与结构修改的可行性。
以适应模塑成型工艺的要求。
只有充分掌握塑胶的成型工艺性。
才能使设计的模具成型出优质塑件
（2）明确塑件的产品批量
塑件的生产批量与模具的结构关系很大，大批量生产时，应在保证塑件的质量的前提下，尽量采取一模多腔或高速自动化生产，以缩短生产周期，提高生产效率。
这时对模具推出机构，塑件和流道凝料和自动脱落等机构提出了相应的要求，另外塑件的产量还关系到塑件上的某些孔，凹槽是采用二次加工还是在模具内直接成行等。
（3）估算塑件的体积和重量
估算塑件的体积和重量的目的是为了选用成型设备，提高设备的利用率。
当设备比较小，限定在某台设备上成型是计算塑件重量并考虑浇注系统的可能消耗料就可以确定模具形腔数，塑件批量不大，精度要求较高时应采用单形腔；
生产批量较大时宜采用多形腔。
（4）分析塑件的成型工艺资料
主要分析成型工艺资料所提出的成型设备，模具结构类型及模具温度。
成型压力。
成型时间等是否恰当，能否实现。
（5）了解工厂的现场的生产条件
这个方面有着很多内容，主要是成型设备的技术规范。
模具制造车间的生产条件，标准资料和有关设计参考资料等。
了解这些情况的目的是不脱离工厂现有生产条件而进行模具设计。
2.2确定模具的结构方案
模具结构方案的确定一般是以下内容：
（1）确定形腔取数及排列方式
根据塑件的几何结构特点，尺寸精度要求，批量大小，模具制造难易，模具成本及成型设备等确定形腔数量及排列方式
（2）选择分型面
分型面地位置要有利于模具加工，排气，脱模及成型操作。
有利于保证塑件的精度和表面质量。
当上述要求有矛盾时应根据实际情况，以满足塑件的主要要求为宜。
（3）确定浇注系统和排气系统包括浇注系统的类型，主流道，分流道，浇口及冷料穴的形状和位置；
排气的方式，排气的位置等。
（4）选择顶出方式
根据塑件的形状特点和质量要求确定塑件顶出的方式及顶出位置，顶出零件的结构，浇注系统凝料地顶出方式。
（5）确定塑件侧凹部分的处理方式
（6）决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。
（7）根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。
（8）确定主要成型零件，结构件的结构形式。
（9）考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。
以上这些问题如果解决了，模具的结构形式自然就解决了。
这时，就应该着手绘制模具结构草图，为正式绘图作好准备。
2.3绘制模具图
要求按照国家制图标准绘制，但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。
在画模具总装图之前，应绘制工序图，并要符合制件图和工艺资料的要求。
由下道工序保证的尺寸，应在图上标写注明"
工艺尺寸"
字样。
如果成型后除了修理毛刺之外，再不进行其他机械加工，那么工序图就与制件图完全相同。
在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。
通常就把工序图画在模具总装图上。
绘制总装结构图
绘制总装图尽量采用1：
1的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。
模具总装图应包括以下内容：
1.模具成型部分结构
2.浇注系统、排气系统的结构形式。
3.分型面及分模取件方式。
4.外形结构及所有连接件，定位、导向件的位置。
5.标注型腔高度尺寸（不强求，根据需要）及模具总体尺寸。
6.辅助工具（取件卸模工具，校正工具等）。
7.按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。
8.标注技术要求和使用说明。
模具总装图的技术要求内容：
1.对于模具某些系统的性能要求。
例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。
2.对模具装配工艺的要求。
例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。
3.模具使用，装拆方法。
4.防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。
5.有关试模及检验方面的要求。
绘制全部零件图
由模具总装图拆画零件图的顺序应为：
先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。
1.图形要求：
一定要按比例画，允许放大或缩小。
视图选择合理，投影正确，布置得当。
为了使加工专利号易看懂、便于装配，图形尽可能与总装图一致，图形要清晰。
2.标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。
标注尺寸的顺序为：
先标主要零件尺寸和出模斜度，再标注配合尺寸，然后标注全部尺寸。
在非主要零件图上先标注配合尺寸，后标注全部尺寸。
3.表面粗糙度。
把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角，如标注"
其余3.2。
"
其它粗糙度符号在零件各表面分别标出。
4.其它内容，例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求，表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。
2.4本章小结
本章内容主要是叙述模具设计的流程，在这一章节里的主要内容有原始资料的分析，确定模具的结构方案，绘制模具图几个部分。
第三章3Ｄ的设计
3.1塑件的分析
本人的设计的产品为DIMM-COVER是计算机上壳体的一部分如图31,其材料为聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物（简称PC+ABS-TD01）。
典型应用范围:
计算机和商业机器的壳体、电器设备、草坪和园艺机器、汽车零件（仪表板、内部装修以及车轮盖）。
注塑模工艺条件:
干燥处理：
加工前的干燥处理是必须的。
湿度应小于0.04%，建议干燥条件为90～110C，2～4小时。
熔化温度：
230～300℃。
模具温度：
50～100℃。
注射压力：
取决于塑件。
注射速度：
尽可能地高。
化学和物理特性:
PC+ABS-ＴＤ０１具有PC和ABS两者的综合特性。
例如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性。
二者的比率将影响PC+ABS-ＴＤ０１材料的热稳定性。
PC+ABS-ＴＤ０１这种混合材料还显示了优异的流动特性。
图32产品示意图
3.1.1收缩率的确定
因为收缩率对模具的设计来说有着很重要的意义，收缩率指的是塑件从模具中取出后到冷却到室温，会发生收缩这种性能称为收缩性。
而衡量收缩性大小的参数为收缩率。
而且收缩率还与各种成型因素有关，所以成型后的塑件的收缩率称为成型收缩率。
影响收缩率的因素有以下几个：
（1）塑件的品种：
热塑性塑料在成型过程中由于存在结晶化引起的体积变化内应力强。
塑件残余应力大，分子取向性强。
因此与热固性塑料相比收缩率较大方向性明显，此外脱模后的收缩和后处理的收缩也比热固性塑料大。
（2）塑件特性：
塑件成型时熔料与形腔表面接触层的冷却较快，形成较低密度的固态层，由于塑料的导热性差，其内层缓慢冷却而形成的收缩大的高密度的固态层，因此塑件壁厚则收缩率越大。
（3）交口的形式和尺寸：
这些因素直接影响料流方向密度分布保压补塑及成型时间。
（4）成型条件：
模具注射压力保压时间等对塑件均有直接影响。
在模具设计时，应根据各种塑料的性质，塑件的壁厚，形状，进料口形式及尺寸按经验确定塑件个部位的收缩率，再计算模具形腔尺寸。
对高精度地塑件，在模具设计时应留有修模余地。
通过试模后逐步修正模具以达到塑件尺寸。
精度要求。
因为这些工艺特性公司给出其收缩率为１．００３。
3.1.2蚀纹
由于客户对这个产品的表面还要求蚀纹，既外观有要求的产品入子或镶件要做蚀纹；
防止粘模；
防止滑动；
光的调整光扩散其种类有喷砂，用玻璃珠或气枪喷在金属表面；
化学药剂腐蚀（不能处理不锈钢）蚀纹前的处理是用特殊的胶带将不需要蚀纹的部分保护起来，蚀纹的质量是由胶带的精度决定的。
如果蚀纹失败有可能出现倒扣和披锋
3.1.3形状尺寸
整个产品共有七处到扣，由于这些倒扣的存在增加了模具设计的难度。
因为这些倒扣会在成型时给产品的脱模带来很大的难度，所以在设计模具时就要考虑到是否应该在有倒扣的地方设计特别的装置来帮助脱模，例如在扣位处设计行位，或者斜顶。
这些装置在成型时可以很好地帮助脱模给产品的成型带来很大的便利。
产品的倒扣位置如图33所示
图34产品侧面图
产品的基本尺寸如下：
长——１０８．３ＭＭ；
宽——９２．５ＭＭ；
高——５．７２ＭＭ．
倒扣的宽度为１．４６ＭＭ（共３个为对称分布）；
２．９７ＭＭ
3.2模具结构的设想
3.2.1产品的取数，型腔地分布和浇口位置的确定
（1）产品的取数与型腔的分布
因客户的产能地情况所以确定其取数为1*1
所以只用设计一个产品的型腔即可。
根据产品的大小可设计的型腔的大小了:
根据下图33及表3.1可以设计型腔的大小
ＭＩＮ
ＭＡＸ
公式
A
20
40
/
B
产品顶面
C
35
D
B+C
E
F
E+G-B
G
产品
H
标准K>
I
2*D¯
J
2*F
K
K>
=G
L
30
80
无行位
L’
60
100
/有行位
表3.1型腔大小选择表
图33型腔大小选择示意图
所以将型腔的大小定为
长-170mm；
宽-150ＭＭ；
高-30mm（前模型腔）、40ＭＭ（后模型腔）。
型腔形状如图34 3-5所示
图34前模型腔 图3-5后模型腔
（2）浇口位置的确定
因产品表面不允许出现明显影响产品外观及形状的形状，所以将浇口设计成点浇口的形式，这样在成型时在产品的表面只会留下一个小点而不会影响产品的外观。
其位置如图36
图36点浇口位置
3.2.2模架的形式
模架可大致的分成两种形式，即两板模和三板模。
因浇口地形式为点浇口，所以选鸿丰模架厂的三板模，其型号为3540-DCI-50-30-270-O。
包括固定侧取付板，水口板，固定侧型板，可动侧型板，顶针板，顶针推板。
方铁，可动侧取付板。
三板模的动作原理为：
（1）固定侧型板随着可动侧型板一起向后运动。
运动到设定距离时。
被塞打螺丝限位柱挡住。
由于固定侧型板随注塑机继续向后运动，这样赛打螺丝也被带动。
它又带动水口板将水口打下。
（1）成型机继续向后运动，超过尼龙扣的锁紧力。
固定侧型板与可动侧型板分开。
（2）在顶棍的推动下，顶针板和顶针推板带动顶出机构（顶针，顶块，斜顶〕，开始顶出运动将成品顶出。
（3）在成型机的推动下可动侧取付板向固定侧运动。
可动侧型板压向固定侧型板和水口板，最后完全紧合。
成型机上的喷嘴与模具上的浇口套密合，开始注塑。
成型机的选择
成型机是根据模架的大小，开模的行程，模架的厚度注塑产品的投影面积等因素而定的。
根据已选定的模架，但主要由模架的大小来确定成型机
因为我的模架为3540的型厚350mm,所以我选择120t的成型机。
其参数如下∶
射出容量
最小型厚
最大型厚
间隔
最大型开量
148cm3
180mm
400mm
410mm*410mm
700mm
表3.2120t成型机参数表
3.2.3确定产品的分型面及勾配
（1）分型面
分型面：
为了安装镶件和顺利的取出已成型的塑件及水口，必须将模分成两个或两个以上的可以分离地主要部分。
这些相互接触的表面称为分型面。
在一些产品图中已做规定。
但在很多模具的设计中要由设计人员来定。
一般来讲。
在平面上的分型面比较容易处理。
有时碰到立体形式的分型面就应当特别注意。
其分型面选择要注意以下原则：
A不影响制品的外观。
尤其是对制品外观有明确要求更应注意分型面对外观的影响
B有利于保证制品的精度
C有利于模具加工特别是型腔的加工
D有利于浇注系统，排气系统。
冷却系统的设计
E有利于制品的脱模，确保开模时使制品留在可动侧的一边。
F有利于镶件的安装。
所以我将分型面确定在产品的最大外廓处。
（2）勾配角度
为了保证产品能够顺利脱模。
在设计时要设有一定的勾配角度。
来方便产品的脱模。
一般情况下前模为外观面，对表面形状要求很高。
所以脱模角度偏大，一般为３°
，而后模部分的要求较低所以一般定为１°
。
但因为有的塑件存在较深的骨位。
所以在骨位较深的情况下应勾配的较小，但骨位较低的话则勾配角度定的较大。
当分型面和勾配确定后要交给客户确认，如果客户认可则就可以开始后面的设计了。
3.3３Ｄ的设计
3.3.1行位的设计
一般塑件的脱模方向都与开闭模的方向相同。
但是有的塑件侧面带有凸台或凹槽。
脱模方向与开闭模方向不一致，这就阻碍了塑件的脱模方向。
因此必须考虑使用侧凸凹脱模与行位机构来解决脱模的问题。
因为本产品存在有倒扣，即存在侧面脱模方向与开闭模方向不一致的问题。
所以需要设计行位来解决。
需要设计行位机构的位置如图37
图37行位位置示意图
这个产品共有两个行位，因为两个行位的位置成对称的关系，所以在此只说明其中一个行位的设计。
1行位的设计
采用整体式设计。
即形状部分与底座为一体。
这种结构适用于强度较好的场合
首先根据倒扣做好行位的头部形状，并且头部两侧应留有一定的封胶面，以保证产品成型时，不漏胶。
行位导向槽采用T型槽式的设计根据
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