玩具汽车外壳的注塑模具设计

毕业设计

题 目 学生姓名

专业班级 机械设计制造及其自动化0943

学 号 [1**********]6

系 （部）

指导教师(职称)

完成时间

毕业设计（论文）任务书

题目 玩具汽车外壳的注塑模具设计 专业 机械设计制造及其自动化 学号 姓名

主要内容、主要要求、主要参考资料等：

一、主要内容：在设计中，根据老师提供的玩具汽车外壳模型，进行其生产

时的注塑模具设计。主要涉及到注射模设计的原理和分析，机械设计，机械计

算机制图等方面的知识。通过对模型的外形结构的分析，针对性的设计成产模

具，在设计的过程中，理解并应用模具的基本设计概念和要求，即注塑成型的

分析、注塑机的选择及相关参数校核、模具的结构设计、注塑模具设计的有关

计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图

的绘制、用MOLDFLOW 进行仿真分析进而进行优化、全面审核投产制造等。

二、主要要求：模具结构的设计有其特点，在设计计算中要遵循设计主要要

求，包括塑件的工艺性分析，成型位置及分型面的选择，确定模具基本结构及

模架的选定，确定形腔的数量和布局，浇注系统设计，注塑模成型零部件设计，

合模导向机构设计，定距分型机构设计，冷却系统设计，模架及模具材料的选

择，注射机相关参数校核，模具的安装和调试等。

三、主要文献

1. 推荐参考书：

[1] 周璧华，陈斌，石立华. 电磁脉冲及其工程防护[M].北京：国防工业出版社，

2003.

[2] 张仁豫，陈昌渔，王昌长. 高电压试验技术[M].北京：清华大学出版社，2003.

[3] 曾中正. 实用脉冲功率技术引论[M].西安：陕西科学技术出版社，2003.

[4] 郭允晟，苏秉伟，方伟乔等. 脉冲参数与时域测量技术[M].北京：中国计量

出版社，1989.

[5] 梁曦东，陈昌渔，周远翔. 高电压工程[M].北京：清华大学出版社，2003.

[6] 谭阳红，蒋文科，何怡刚. 基于OrCAD 10.5的电子电路分析与设计[M]. 北京：国防工业出版社，2007.

2. 学术期刊、学术会议等其它参考文献

自备。

完 成 期 限：

指导教师签名：

专业负责人签名：

年 月 日

目 录

摘 要 ........................................................................................................ I ABSTRACT . ............................................................................................. I I

1 绪论 ....................................................................................................... 1

2 塑件的工艺分析 ................................................................................... 2

2.1 塑件尺寸及精度 .......................................................................... 4

2.2 塑件的结构分析 ........................................................................ 4

2.2.1 脱模斜度 ............................................................................................... 4

2.2.2 塑件的壁厚 ........................................................................................... 4

2.2.3 塑件的圆角和加强肋 ........................................................................... 5

2.2.4 塑件的孔 ............................................................................................... 5

2.3 塑件表面粗糙度 .......................................................................... 5

2.4塑件的体积和质量 ....................................................................... 5

3 塑料材料分析 ....................................................................................... 7

3.1 塑料材料的基本特性 .................................................................. 7

3.2 ABS的性能指标 . .......................................................................... 7

3.3 塑件材料成型性能 ...................................................................... 8

3.4 塑件材料主要用途 ...................................................................... 8

4 注射成型工艺 ....................................................................................... 8

4.1 注塑成型原理 .............................................................................. 8

4.1.1注射成型工艺 ........................................................................................ 9

4.2型腔数目的确定 ........................................................................... 9

5 注射模具结构设计 ............................................................................. 10

5.1 分型面的设计 ............................................................................ 10

5.2 型腔的布局 .................................................................................11

5.3 浇注系统的设计 .........................................................................11

5.3.1 浇注系统组成 ..................................................................................... 12

5.3.2 确定浇注系统的原则 ......................................................................... 12

5.3.3 流道的设计 ......................................................................................... 12

5.3.4 分流道的设计 ..................................................................................... 14

5.3.5 浇口的设计 ......................................................................................... 15

5.3.6 冷料穴的设计 ..................................................................................... 16

5.4 模架及标准件的选用 ................................................................ 16

5.4.1 模架的选用 ......................................................................................... 16

5.4.2 模架的选择 ......................................................................................... 17

5.5注射模成型零部件的设计 ......................................................... 18

5.5.1 成型零部件结构设计 ......................................................................... 18

5.6 排气结构设计 ............................................................................ 19

5.7 推出机构的设计 ........................................................................ 19

5.7.1 推出机构的设计要求 ......................................................................... 19

5.7.2 脱模机构类型的选择 ......................................................................... 20

5.7.3 推杆机构具体设计 ............................................................................. 20

5.8 注射模温度调节系统 ................................................................ 21

5.9 冷却系统之设计规则 ................................................................ 22

5.10 侧向抽芯机构类型选择 .......................................................... 23

6 工作原理分析 ..................................................................................... 25

总 结 ..................................................................................................... 26

致 谢 ..................................................................................................... 27

参考文献 ................................................................................................. 28

附 录 ..................................................................................................... 29

玩具汽车外壳的模具设计

摘 要

通过对塑件的工艺性分析，对塑件的结构和实际要求的分析理解，在模具设计中，结合理论和实践，设计一套生产的注塑模具，要求模具的设计符合机械原理，符合模具加工要求，能够适应规模化的生产，设计要合情合理，没有矛盾和无法实现的地方。注塑模具在社会上应用越来越广，要结合成产和第一线的经验，安全，节省原料，产生经济效益，所用的工艺过程，设计思路，加工需要，零件选择，都要符合机械行业的规定。本次的塑件是一个玩具汽车外壳，结合玩具汽车外壳来设计模具。通过设计该生产的注塑模具，意义深远，首先学会查表和手册，能够合理的选择自己所需的零件，熟悉计算公式，能对各种计算熟练使用。其次，要能够用计算机proe 制图软件，准确，完整地表达出设计过程和成果，能形象的展现设计的机构，特点。最后，要学会发散性思维的思考方式，用分析性的软件去分析自己的模具，找出优缺点，并能够举一反三，真正的做到理解运用模具设计的原理和过程。通过毕业设计，让自己在进入工作前感受一下行业的要求和特点，为将来的职业生涯打下基础。

关键词：模具设计/机械原理/proe制图/模具选择

THE DESIGN MOLD OF TOY CAR

ABSTRACT

According to the plastic products requirements, understand the use of plastic parts, plastic parts of the process analysis, dimensional accuracy and other technical requirements, selection of plastic parts size. The use of a mold of a mold two, a side gate feed, injection machine uses the Haitian models, cooling system, and mapping assembly drawing and parts drawing, mold reasonable processing method. Enclose brochures, the systematic use of a brief text, concise schematic diagram and calculation analysis of plastic parts, so as to make reasonable mold design. The design of a product-dependent part is on extracting the geometry from the plastic product. In recent years, technology has been successfully used to help mould designers to design the product-dependent parts. Injection mod is the most important process for manufacturing plastic mod products.the necessary equipment consists of two main elements, the injection mod machines used today are so-called universal machines,onto which various mod for plastic parts with different geometries can be mounted , within certain dimension limits,but the injection mod design has to change with plastic products. For different mod geometries,different mod configurations are usually necessary.

KEYWORDS mold design ，draw two-dimensional map ，PROE rendering3D map ，the choice of injection machine

1 绪论

在整个机械行业中，模具的发展相当的迅速，随着工业性的规模化，产品的日益生产化，越来越多的生活用品，工业用品需要大量的生产，这就造成了当今模具行业的日益繁荣，在我国，模具设计与制造是国家经济建设的重要产业，模具生产的广泛应用于电子，汽车，办公，工业，军事等各个行业。在机械行业中，产品零件的标准化是一种未来的趋势，而产品零件的标准化，却需要模具的大力支持，只有模具发展好了，才能大量的，稳定的，合格的生产出各种所需的产品，才能适应社会化大生产。

放眼当今全球，在国外，尤其是日本，德国，美国。模具产业在整个机械行业占据重要的地位，从当年美国福特汽车的标准化生产开始，已经预示着模具必将辅佐这整个行业的快速前进，产品及其零件的标准化，会给人们的生产生活带来巨大的便利，用模具生产加工的产品，本身就会解决那些复杂性，高精度性，材料成本高昂，大批量成产的特点，同时，模具的高效，节能，灵活也为很多企业带来可观的效应。为什么美国，德国，日本的经济实力强盛，其国家的重工业的模具颇具规模和技术是其重要的原因之一。

很多人听到机械这个词，就会想到机器巨大的轰鸣声，想到那些冰冷的金属材料，而模具，却有相当一部分是和塑料打交道，本次设计就是有关注塑模具的设计，材料使用的是各种塑料，主要生产的是一些生活用品和质轻，易于携带的产品。其基本原理就是利用各种注塑机，将塑料材料，在高温高压的作用下，喷射入模具，使材料在模具中能够冷却成型，然后分开模具，将成型好的产品取出，最后在加工处理一下，得到了我们想要的产品。这样的产生，方便快捷，材料利用率高，环境污染少，经济效益也高，在本次的设计中，就是通过一个玩具汽车外壳的塑料塑件的分析观察，采用塑料材料，设计一款适合生产化的模具。

注塑模具根据产品加工的需要有很多种，主要分为：注塑模，压缩模，[2][1]

压注模，挤出模，气动成型模，本次的设计中就是有关注塑模的设计。模具的设计方法也有很多，其设计过程灵活多变，应用到各种软件去描画分析，可以说，学活注塑模具的设计，是学习其他机械设计的基础。

学习注塑模具，也要了解注塑模具的材料，各种材料的特点。高分子聚合物的结构特点和性能，塑料的组成与工艺特性，塑料成型制件的结构工艺性，熟悉注射模，压缩模，压注模，挤出模等塑料模具的成型工艺，了解注塑机的基本构造和熟悉注射模与注射机之间的关系，在注射模具设计中，侧向分型与抽芯机构的设计难度最大，一般稍微复杂的模具都要用到。而本次设计，在后面就会用到，所以在以后的学习中，要注意领悟和感受。

2 塑件的工艺分析

在模具设计之前需要对塑件进行工艺性分析，分析塑件的结构，尺寸，表面粗糙度等，有利于设计最合理的模具。本次设计的塑件是玩具小车车架如图

（1）所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，由于采用材料为ABS ，根据塑件精度表可知，塑件精度要求中等，为4级。

图1.1 正面3D 视图

图1.2背面3D 视图

图1.3塑件零件图

2.1 塑件尺寸及精度

塑件尺寸的大小是受到塑料流动性的影响的，其塑件的精度，会受到模具制造精度的影响和塑料收缩率的影响，不同情况下，两种因素的影响程度不同，那么在分析塑件的尺寸精度时，就要考虑到塑料的种类性能，在本次设计中，选取材料为ABS 。因为流动性较好，适用于不同尺寸的制品，工程塑料模塑塑料件的尺寸公差有国家标准，参照文献[3]表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注的就采用MT5级精度。查（GB/ T14486--1993）可知，塑件的标注公差的尺寸公差值A 为0.52mm ，B 为0.72mm.

2.2 塑件的结构分析

2.2.1 脱模斜度

塑料都有收缩率，在成型时，遇冷收缩时会过度的包裹住模具的型芯，那么，为了便于后期的塑件脱模，就要在塑件内外表面沿着脱模方向设计一定的斜度，这个所谓的脱模斜度，是与塑件的收缩率，塑件的尺寸，结构等有关。本次设计中，按照一般的设计经验取值为30′—1°30′，同时我取脱模斜度为1°

2.2.2塑件的壁厚

塑件的壁厚对模具有一定的影响，一般来讲，壁厚越小越好，壁厚要有足够的强度和刚度，但对于一些大型的塑件来讲，壁厚过小的话，填充的阻力就比较大，不易于成型，经过查阅文献中的表3.5和表3.6. 结合自己的塑件，在首次模具设计中，本着简单，方便的原则，我测量塑件的壁厚为2mm. 而且该玩具汽车外壳壁厚均匀，所以周边和底部壁厚均可为2mm 。 [4]

2.2.3 塑件的圆角和加强肋

该塑件在底部有一对加强肋，这样可以提高塑件的刚度，强度和防止变形，通过观察可以发现，该对加强肋侧重分布于小车底部的一端处，其布置基本与熔体充模流动方向一致。

塑件在成型时应该避免形成尖角，因为尖角容易形成局部应力性集中，而且不利于塑件的美观和强度。合理的塑件圆角，一般内圆角半径为壁厚的1/3.外壁圆角为壁厚的1.5倍，本塑件，都是圆角，没有尖角，经过测量，结合本次的设计塑件，壁厚为2mm ，所以，我们把塑件内外圆角的半径取为0.7mm 和3mm 。

2.2.4 塑件的孔

塑件上的孔一般有两种，通孔和盲孔，孔的要求就是，孔与孔的边缘或者孔边缘与制件外壁的距离应该不小于孔径，本塑件，有一个通孔和2个盲孔，对于这个通孔来说，其直径较大，4mm ，而且深度较浅，就采用一段固定的型芯来加工的方法，由于盲孔的成型比较深，且直径较小，可以采用成型后在机加工的方法。

2.3 塑件表面粗糙度

一般情况下，模具的表面粗糙度值要比塑件的低1-2级，塑件的表面粗糙度值一般取为1.6--0.2um 。而且，塑件的型腔的表面粗糙度要小于型芯，通过对本次设计塑件的表面分析，该玩具小车外部的表面粗糙度要大于内部，所以，我取值内部Ra 为0.2um, 外部取其2倍，为0.4um 。 [5]

2.4塑件的体积和质量

本次设计中，塑件的质量和体积测量，在 PROE软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的质量（ABS 的密度为1.05g /cm 3），即可以得出该塑件制

品的体积为15.6cm 质量为16.4克。

3

图2.1 塑件分析

3 塑料材料分析

3.1 塑料材料的基本特性

ABS 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS 具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS 有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS 坚韧，苯乙烯使ABS 有良好的加工性和染色性能。ABS 价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。ABS 无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.08--1.2g cm 3。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS 几乎没有影响， ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS 表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂， ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70︒C 左右，热变形温度约为93︒C 耐气候性差，在紫外线作用下ABS 易变硬发脆。 [7]

3.2 ABS的性能指标

弯曲强度80Mpa ，拉伸强度35 49Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa ，弯曲弹性模量1.4Gpa ，压缩强度18 --39Mpa，缺口冲击强度11-- 20 ，硬度62 --86HRC，体积电阻系数 ，收缩率 范围内。ABS 的热变形温度为93 118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS 在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40至100℃的温度范围内使用。 [8]

3.3 塑件材料成型性能

ABS 易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。因此，成型加工前应进行干燥处理；ABS 在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在50度左右，要求塑件光泽和耐热时模具温度应控制在70度左右。ABS 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。

3.4 塑件材料主要用途

ABS 在机械工业上用来、泵业轮、轴承、把手、管连接件、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用ABS 制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等，还可用ABS 夹层板制小轿车车身。ABS 还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、农药喷雾器及家具等。

4 注射成型工艺

4.1 注塑成型原理

注射设备可以分为柱塞式注射机和螺杆式注射机，其基本原理都是，将塑料在高温高压下注射进模具，使塑料能够充分的充满模具，成型制造，至少两种的工作特点不一样，由于本次设计的材料为ABS ，查询文献[9]的表4.1可知，注射机选用螺杆式，注射压力为70--90Mpa 之间，注射时间3--5秒。

4.1.1注射成型工艺

注射成型工艺过程包括成型前的准备，注射过程和塑件后期处理三部分。

（1）、成型前准备，首先要进行塑料的外观性检查和工艺性能的测定，主要就是对材料的处理，一般都要对塑料进行干燥处理，防止材料的水分影响塑料成型。

（2）注射过程，一般就是加料，塑化，冷却，脱模这几个过程，首先是加料，加料要注意，要根据注塑量而定，不能太多或者太少，其次是塑化，塑化是使塑料由固体加热搅拌变成液体，只有充分的塑化，塑料才能在各处温度一致的情况下，使塑料充分顺利的进入模具，才能保证生产的连续性，这也是为什么要选择螺杆式注射机的原因。在注射的过程中，要注意保压和倒流，保压不理想，就会使塑料成型不够均匀，影响塑件的质量。而且保压还要做到保压前浇口已经冻结，这样就会防止浇口倒流的现象。

（3）塑件的后期处理，为了消除塑件的内应力和改善塑件的性能与提高稳定性，塑件在成型之后要进行退火处理和调湿处理，退火处理目的是为了减小塑件内应力，此时，温度应该控制在塑件使用温度之上的10到20度之间，调湿处理，将塑件放在热水中吸湿，从而让塑件新性能尺寸稳定。

4.2型腔数目的确定

因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸不大，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模2腔，进行加工生产[10]。先根据生产效率的要求和制件的精度要求确定型腔的数目，然后再选择注塑机或对现有的注塑机进行校核。

5 注射模具结构设计

5.1 分型面的设计

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。

选择分型面时，应从以下几个方面考虑：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

（2）分型面的选择应有利于塑件顺利脱模；

（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量；

（4）分型面的选择应有利于模具的加工；

（5）分型面的选择应有利于排气；

（6）使塑件易于脱模。

综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，选择用平直分型面。并选择在塑件的最大平面处，玩具小车的最大截面处如下图。开模后塑件留在动模一侧。

图5.1 分型面示意图

5.2 型腔的布局

模具的型腔数量确定为一模两腔后，就要考虑到型腔的布局，在通常的确定主流道位置后，型腔的布局要满足几个条件，首先，尽量保证各个型腔所获得的注塑压力均等，获得的塑料量一样，其次是主流道到各个型腔的流程要尽量的短，以降低废料率，最后，各个型腔之间的间距要稍微大点，一面互相影响成型。根据模具的特点，确定具体的型腔成型方法为整体式，又由于，型腔直接和高温高压的熔料接触，所以成型零部件都要进行热处理，模具采用侧浇口，并采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量

两个模具腔之间距离选择为35mm 。

[11]。本次设计，根据经验，

图5.2 型腔布局方式

5.3 浇注系统的设计

浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系

统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类。

5.3.1 浇注系统组成

普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。主浇道，第一分浇道， 第二分浇道，第三分浇道，浇口，型腔，冷料穴等。

5.3.2 确定浇注系统的原则

在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：

（1）了解塑料成型特性：浇注系统是与塑料的性质有关，只有浇筑系统适应了塑料的性质，才能顺利注塑生产，保证质量。

（2) 尽量要避免减少熔接痕迹，本次在设计浇注系统时要注意，要避免设计的浇筑系统流程长，散热性不均匀，而使之间质量不过关。

(3)防止型芯的变形和嵌件的位移，避免塑料熔体直接冲击小的型芯和嵌件。

(4)冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施[6]。

所以本设计中采用普通点浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。因为无流道凝料浇注系统的模具结构复杂，成本高，加工困难，而普通流道系统比较简单，适合简单塑件的生产。

5.3.3 流道的设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流进模具的部分。本设计中，主流道的设计，是垂直于分型面的，而且，主流道是在浇口套里面，截面为圆形。同时，注意，由于主流道的形状和尺寸对熔体的温度有影响，所以设计时要能够使熔体的温度降和压力损失最小。

为了使主流道的熔料能够进入顺利，所以主流道设计成圆锥形，锥角 取

为3°（一般情况下，锥角都是2°到6°） ，流道表面粗糙度要求 Ra 《 0.8 um。浇口套采用碳素工具钢材料热处理，热处理硬度53—57HRC 。由于注塑模较小，采用浇口套和定位圈的整体式设计，用螺钉固定在定模板上。

（1）主流道的尺寸

根据文献[3]图（6），查表可知, 主流道各具体尺寸如下：主流道上下尺寸分别为4.5mm 和6mm 。

（2）分流道的设计，一般情况下，查阅文献

且，直径通常为5-6mm 。本次设计取直径5mm 。

[12]，分流道界面取圆形，而

图5.3 浇注系统与定位环、浇口套

（3）主流道衬套的形式

选用如图所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套与定模板的配合采用H 7/m 6的过渡配合，浇口套和定位圈采用H9/f9的配合。

图5.4 主流道衬套及其固定形式

定位圈是标准件，尺寸如下。

图5.5 定位圈零件图

（4）主流道衬套的固定

主流道衬套的固定，直接采用2个M5X20的螺丝直接锁附固定。

5.3.4 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，分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。设计中要注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。在本次设计中，由于型腔是呈现矩形状，而且，为了使排列尽量紧凑，缩小模板尺寸，使流程简短，对称布置，故本设计中采用侧浇口的方式。如图所示。

图5.6 主流道和侧浇口的位置

5.3.5 浇口的设计

浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。浇口的位置与设计直接关系到制件的质量好坏。

熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使

(1)流程(包括分支流程) 为最短；

(2)每一股分流都能大致同时到达其最远端；

(3)应先从壁厚较厚的部位进料；

(4)考虑各股分流的转向越小越好。

由于本设计中玩具小车车架塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。侧浇口直接在中间的圆端面处进，玩具小车车架组装后，浇口被遮挡起来。有效地排出型腔内的气体。

根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果，由于浇口界面小，去除浇口比较容易，不留明显痕迹，故采用侧浇口。其界面形状为矩形。

侧浇口的宽度和深度尺寸计算

b =(0. 6-0. 9) A /30 （5-1）

t =(0. 6-0. 9) δ （5-2）

其中b 是侧浇口宽度，A 是塑件外侧表面积，t 是侧浇口深度，δ是侧浇口

12塑件的壁厚。在本设计中，t 取1.0mm 。（ 根据塑件壁厚的 ），宽度b 取33

3.5mm 。浇口长度取1.4mm 。

5.3.6 冷料穴的设计

冷料穴也是浇注系统结构一部分，其一般设置在主流道和分流道的末端，它的作用就是为了容纳在注射过程中的一部分凝料，在塑料刚进入模具中，最前部分的凝料遇到温度角度的模具会发生塑边，这样使其流动性减缓，不利于后面的塑料的进入成型，同时，结束注射分模时，在拉料杆的作用下，主流道的凝料在浇口套中被拉出，推出机构开始工作，将塑件推出。冷料穴的设计方案有多种，所以本次设计如图纸所示，采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为7mm ，目的是为了保证冷料体积小于冷料穴体积。

5.4 模架及标准件的选用

5.4.1 模架的选用

模架，也叫做模胚，是由模板，导柱，导套等零件组成的。模架的作用就是保证凹凸模在开合模时正确的对准。模架具体由4部分组成，定模部分，动模部分，导向部分，连接固定部分，在模架选择过程中，要充分考虑带四部分的要求。

动模板和定模扳必须要有足够强度和刚度，一般，小型的模具要求两个模板厚度大于13mm 。其尺寸标准和模板上的台阶，沉孔，平面连接的尺寸可以参照 GB/T4169.8-1984。其他的零件，如支撑板，垫块，要求强度足够，由于都是标准件，都可以参照上述标准。

导向部分，主要就是导柱和导套，作用就是定位，导向和承受一定侧压力，

注意，本次设计中，导柱安装在动模一侧，对称的分布在分型面的四周，一般导柱的长度要长于型芯6—9mm ，其配合的长度一般为导柱直径的1.5—2倍，导套的前端要倒角，可取R1—1.5. 导套固定部分表面粗糙度一般Ra 为0.8um 。其导套的固定配合采用H7/n6或者较松的过盈配合。导套和导柱的配合精度通常采用H7/f7的配合。

5.4.2 模架的选择

根据对塑件的综合分析，确定该模具是单分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可选择CI 型的模架，其基本结构如下：

图5.7 模架

CI 型模具定模采用两块模板，动模采用一块模板，又叫两板模，大水口模架，适合侧浇口，潜伏式浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。本次设计的模架型号就是CI-2545-A60-B80-C80。它的意思就是：AB 板的尺寸为

250X450mm 。A 模板厚度60mm ，B 模板厚度80mm 。

由分型面分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套选择选正装。

5.5注射模成型零部件的设计

成型零部件是模具的重要组成部分，主要包括凹模，凸模，镶件，成型杆成型环等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。

5.5.1 成型零部件结构设计

（1）凹模的设计

凹模也称为型腔，是成型塑件外表面的零件，凸模是成型塑件内表面的零件，其结构都分为整体式和组合式，在本次的设计中，结合塑件的结构分析，塑件的结构简单，要求精度一般，表面光滑美观，所以，模具的凹凸模采用整体式结构[14]，即在整块金属模板上加工而成，这样，凹凸模就会简单牢固，不易变形，但是要求机加工的能力较强

图5.8 型腔3D 图

（2）凸模的设计

本设计中零件结构较为简单，深度不大，但经过对塑件实体的仔细观察研究发现，型芯与动模板的配合可采用H 7/P 6。

图5.9 型芯3D 图

5.6 排气结构设计

在注射过程中，排气结构的设计也很重要，因为，塑件材料在注塑过程中，会不可避免的掺入气体，混合气体，如果模具的排气不正常，会造成模具冲模量不够，有可能会造成局部高压现象，从而使塑件质量不均匀。一般情况下，型腔的排气是利用模具的分型面和配合间隙来排气，由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜，其值与塑料熔体的粘度有关。所以，当塑件表面没有留下焦痕时，可以认为型腔内的排气是充分的。

5.7 推出机构的设计

塑件从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为推出机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。

5.7.1 推出机构的设计要求

（1） 推出机构设计时应该尽量使塑件留于动模一侧，

（2） 塑件在推出过程中不发生变形和损坏。

（3） 塑件的外观质量要有保证。

（4） 合模时要使推出机构正确复位。

（5） 推出机构动作要可靠。

5.7.2 脱模机构类型的选择

推出机构可分为机动推出，液压推出，手动推出，也有简单和复杂的两种结构，本次设计就选择使用最广泛的推件板推出机构。其是由一块与凸模按照一定配合精度想配合的模板和推杆组成，在推出机构开始工作后，推杆推动推件板，推件板从塑件端面将其从型芯中推出，这种推出机构结构紧凑，连贯性强。

图5.10 脱模机构

5.7.3 推杆机构具体设计

（1）推杆布置

其分布情况如图5.11所示，推杆在塑件周边分布均匀，可以使塑件脱模过

程平稳推出。

图5.11 推杆布置

（2）推杆的设计

由于在脱模时，塑件的温度较高，推杆直接过大容易给塑件表面照成损坏，直径过小，则容易应力集中，通过查阅一些设计资料和别人经验。该塑件采用5mm 与8mm 推杆，本设计中采用常用的直通式推杆，即台肩固定形式的圆形截面推杆，

图5.12 推杆

设计时推杆的直径根据不同的设置部位选用不同的直径。推杆的直径大于5mm 。则，推杆长度取直径的2—3倍，取为15mm 。材料选择为T10A, 热处理要求为46—50HRC 。推杆端平面不能产生轴向窜动。推杆与推杆孔配合选为H 8/f 8。

5.8 注射模温度调节系统

模具的温度对塑件的质量和成产率有较大的影响，所以，在设计注塑模具时要注意控制模具的温度。一般情况下，查阅文献[15]中的表11.1可知，ABS 的成型温度为200—270℃。模具的温度要求为40—80℃。在脱模时，必须要使模

具降温，则为此模具设计冷却系统，选用最普遍的循环式水冷方式，如下图。

图5.13 模具冷却水路图

5.9 冷却系统之设计规则

设计冷却系统的目的在于维持模具适当而有效率的冷却。冷却孔道应使用标准尺寸，以方便加工与组装。设计冷却系统时，模具设计者必须根据塑件的壁厚与体积决定下列设计参数： 冷却孔道的位置与尺寸、孔道的长度、孔道的种类、孔道的配置与连接、以及冷却剂的流动速率与热传性质。

(1) 冷却管路的位置与尺寸

塑件壁厚应该尽可能维持均匀。冷却孔道最好设置是在凸模块与凹模块内，设在模块以外的冷却孔道比较不易精确地冷却模具。

一般情况下，水孔的直径可以根据塑件的平均壁厚来确定，根据经验，本次设计的塑件壁厚为2mm 。那么，水孔直径可以取值8—10mm 。则，选取水孔直径为8mm 。

(2) 冷却水回路的布置

合理的布置要求是冷却水道数量要多，孔直径大，交口处加强冷却，避开易产生熔接痕的地方，本次设计采用的是回字路线的分布，循环式降温。

5.10 侧向抽芯机构类型选择

在本次的模具设计中，观察塑件结构可以发现，塑件在和开合模方向不同的内侧有通孔。如下图。

图5.14 塑件结构图

那么塑件就不能直接有推杆推出脱模。其模具的侧向的零件应该设计这样的设计稍微麻烦点。抽芯力的确定。可以利用公式：F t =A p (u cos α-sin α) ，通过下面的数据带入可得，F t =10. 86kN 。抽芯距的确定：侧向抽芯距一般比塑件上的侧凹，侧孔的深度或者凸台的高度大2--3mm 。利用公式就是：s =s ' +(2-3) 则，s ' 取值为2mm, 所以s 的值为4--5mm. 取4.5mm

斜导柱侧抽芯机构的组成，设计图。

图5.15侧向抽芯

采用的是侧型芯滑块抽芯方向与开合模方向垂直的方式。斜导柱的倾斜角α取值15°最好。且导柱顶端的斜面角度θ比α大2°--3°取为18° 侧滑块与斜导柱工作部分采用H11/b11。

斜导柱工作长度计算，计算公式为：L =

L=116.99mm。

s 把取值带入，可得sin α

图5.16 配合

对于固定在模板内部分如上图，与模板内安装孔采取H7/m6的过度配合，斜导柱直径计算：可以利用查表法，首先，求得抽芯力F 和已经选定的斜导柱倾斜角α，在文献 [15]表10.1中查到最大弯曲力为11kN 。则，H w 取值为40。

6 工作原理分析

本次的毕业设计到此基本结束，结合整个设计过程，最后设计出了一套生产玩具塑料外壳的模具，其基本的工作原理如下，首先是模具设计完毕后组装合模，然后将模具放置在合适的注塑机内，注射机开动后开始注射熔料，待注射剂注塑完毕后，熔体充满型腔并且经过保压，补缩，冷却定型后开模，在开模的过程中，首先是注射机合模系统和带动动模向后移动，塑件包在凸模上，此时，随着分开，斜导柱发挥作用，促使滑块向两次涌动，从而使侧型芯向两边移动分开，那么，侧向分型与抽芯结束，继续移动后，顶针将塑件顶出，整个工作顺利完成。

总 结

本次塑料模具设计，通过对玩具小铲车外壳的塑件分析研究，设计生产外壳的模具，首先是全面分析塑件的工艺性性能，然后了解注塑模具设计的一般过程，认识到注塑模具的特点，查阅注射工艺参数，计算注塑模具的尺寸大小，分析塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理论分析和数据计算生产操作上论证本次的设计是合理可行的。并且，通过这次设计，我了解了注射模设计概况，熟悉了注射设备，基本掌握了注射成型的一般原理。

本次的毕业设计意义不同凡响，通过近3个月的努力学习，通过对一个小小的塑件长期的分析，我先后画出塑件三维造型，并且深入的学会运用PROE 软件对塑件的分析，设计出生产模具，得到模具的结构和尺寸大小，画出了零件图和装配图。

在本次的模具设计和塑件的三维建模过程中我也遇到了一些问题，通过对问题的探索与分析，在老师和同学的热情帮助下，问题最后得到圆满解决，也让我更深刻的知道了模具设计各个阶段的特点和要求，认识到了机械专业的重要性和严谨性，达到了毕业设计的目的。

随着我国经济的快速发展，各行各业都进入到高水准高技术性的发展阶段，特别是汽车、机械、电子、日用制造等行业的飞速发展，使得模具设计与制造的人才的需求与日俱增，加上人民生活水平的提高，社会化大生产要日益满足生活的需要，模具设计制造，特别是注射模具的设计与制造将更为受到重视，并将会广泛应用到各个领域中，飞速发展。

致 谢

在本次毕业设计中，特别感谢指导老师王鑫的指导和帮助，给予了我充分的信心和把握，让我按时完成了本次设计。由于经验不足和对专业知识的了解不够透彻，在设计时常常遇到一些问题无法理解，老师则耐心而认真的加以指导帮助，让我学到了书本上学不到的知识，既增长了见识也充实了自己。同时，各位小组成员在做毕业设计时，常常聚会讨论，互相帮助，针对我的毕业设计中可能出现的问题，提出来很多有针对性的建议，在此也深表感谢。通过本次的毕业设计让我意识到，成为一名合格的工程师是多么不容易，要不断学习和努力，在未来的工作中要谦虚谨慎，虚心好学，通过将理论与实践的结合，才能真正的掌握一本技术。

参考文献

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[14] Donggang Yao, Scaling Issues in Miniaturizaton of Injection Molded Parts Journal of

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[15] The Thickness Profile of Ultra-High Molecular Weight Polythene Films During Sequential

Biaxial Drawing[J].Polymer Engineering and Science ,January 2003.

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High-voltage Pulse Measurements [J]．IEEE Trans on Industry Applications，2000，36（3）：920-922．

附 录

模具总装图

图6.1 装配图