摘要
模具是现代工业的重要装备，随着工业生产的飞速发展，新产品更新速度不断加快，对模具设计与制造业提出了更高的标准，即要求在保证生产质量的同时，缩短研发周期、降低生产成本。
Pro/MOLDESIGN是Pro/ENGINEER的一个选用模块，提供给使用者仿真模具设计过程所需的工具。这个模块接受实体模型来创建模具组件，且这些模具组件必然是实体零件，可以应用在许多其它的Pro/ENGINEER模块，例如零件，装配，出图及制造等模块。由于系统的参数化特性，当设计模型被修改时系统将迅速更新，将修改反映到相关的模具组件上。
本文对电脑显示器后壳模具的技术要求和工艺结构进行了分析，根据分析结果选用注塑机和注塑工艺，从而确定显示器后壳注塑模设计思路及方案，最后进行注塑模结构设计与计算。在设计过程中运用Pro/E、AutoCAD软件Pro/E模具设计模块中做出分型面，利用分型面得出动、定模，再将型腔及所选的标准模架导入装配模块，从总体到个体的设计思路，设计出每个单一零件，最后导入工程图中并转化到AutoCAD软件中进行标注，从而得出完整的设计结果。
关键词 注射模；模具设计；分型面；模架
Abstract
The mould is one of the most important technology accoutrement in the modern industry, the new products which are end to end emerging are calling for the mould research needs to improve the speed and manufacturing quality, or in other words the preparation work is finished by minimum cyclic and lowest final cost.
The Pro/MOLDESGN，which is the module of Pro/ENGINEER offers the user the designing process. The module can accept entity mold to create the molding part, far more the entity mold is component naturalism, and The component can also be used in many other Pro/ENGINEER module in many other Pro/ENGINEER module. For example, the component, assemblage, drawing practice, manufacture and so on. When the design mold is modified, the system is updating rapidly, and adding the modified mold to the mold mould, which is contacted to original mould.
Most of the time should be put on technical requirement and construction in this thesis. After all, We selected the model numbered the injection mold of machine as inspected by the analysis result, and studied out the injection technology, and most of all defining the design programming of the injection mold of the back cover of the computer’ indicator. Finally, designing and calculating the construction of injection mold. We use many tools such as Pro/E software and AutoCAD software in all the entire process. The moving mould and solid mould be obtained by the mould joint, and then decanting the impression with standard die carrier into the assembly section. With the consciousness by designing from population to individual, and then drew out all the unity components and decanted the component into the schedule drawing and inverted into Auto CAD in the end. So we can get out the perfect designing theory.
Keywords injection mould mould design parting surface die carrier
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目 录
1 绪论 1
2 注塑模具设计要求 5
2.1 塑件分析 5
2.2 塑件的成型性能 5
2.3 注塑工艺路线和设备 7
2.4 模具类型 7
2.5 模具设计 7
3 模具设计流程 8
3.1 设计依据 8
3.2 设计程序 8
4 注塑材料分析与选择 9
4.1 主材料分析 9
4.1.1 材料分析 9
4.1.2 塑料的成分 9
4.1.3 塑料的性能特点 13
4.2 注射模的塑料选择 13
4.2.1 ABS材料的特点 14
4.2.2 ABS材料成型特性 14
5 注射机的选用 15
5.1 注射机的结构类型 15
5.2 主要技术参数 16
5.3 技术规格及特性 16
5.4 注射机选择 17
6 分型面确定与模具设计 18
6.1 分型面的确定 18
6.1.1 分型面的概述 18
7 模架结构的设计 20
7.1 标准模架选用 21
7.2 标准零件的设计 21
7.2.1 结构支撑件设计 22
8 浇注系统和冷却系统设计 24
8.1 浇注系统 25
8.1.1 浇注系统的形式 26
8.1.2 浇注系统的设计原则 26
8.1.3 基于UG浇口位置分析 26
8.1.4 手机面板浇注系统设计 27
8.1.5 UG浇注系统设计效果图 27
8.2 冷却系统 28
8.2.1 冷却系统的作用 28
8.2.2 冷却效率 28
8.2.3 手机面壳模具冷却系统设计 29
9 模具相关校核计算 31
9.1 注塑机参数的校核 31
9.1.1 注射量的校核 31
9.1.2 锁模力的校核 32
9.1.3 最大注射压力的校核 32
9.1.4 开模行程的校核 32
9.2 注塑机安装模具部分的尺寸校核 33
9.2.1 喷嘴尺寸 33
9.2.2 定位环尺寸 33
9.2.3 模具厚度 33
9.3 模具的长度与宽度 34
9.3.1 开模行程校核 34
9.3.2 顶出装置的校核 34
9.4 成型零部件的设计计算 35
9.4.1 成型零部件尺寸分析 35
9.4.2 注射模相关强度计算 34
9.5 冷料穴的设计 36
9.6 模具温度调节系统 36
9.6.1 温度调节对塑件的影响 36
9.6.2 温度调节对生产力的影响 37
9.7 合模导向和定位机构 37
9.8 加工成本 37
结论 38
致谢 39
参考文献 40
1 绪论
模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求，与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。美国MOLDFLOW上市公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司，自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直主导塑料成型CAE软件市场。MOLDFLOW一直致力于帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量，MOLDFLOW的技术和服务提高了注塑产品的质量，缩短了开发周期，也降低了生产成本，MOLDFLOW已成为世界注塑CAE的技术领袖。利用CAE技术，可以在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压和冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题并及时进行修改，而不是等到试模后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方 法的一次突破，而且在减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等方面，都有着重大的技术、经济意义。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术，这是发展的必然趋势。
21世纪，塑料工业以以前所未有的速度高速发展。塑料，在各个领域、各个行业乃至国民经济中已拥有举足轻重的不可替代的地位。模具是工业生产的重要工艺装备。由于用模具加工成形零部件，具有生产高效、质量好、节约原材料和能源、成本低等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。模具制造是一个生产周期要求紧迫，技术手段要求较高的复杂生产过程。总之，模具具有结构复杂、型面复杂、精度要求高、使用的材料硬度高、制造周期短等特点。应用数控加工进行模具的制造可以大幅提高加工精度，减少人工操作，提高加工效率，缩短模具制造周期。同时，模具的数控加工具有一定典型性，并比普通产品的数控加工有更高的要求。在模具的加工中，各种数控加工均有用到，应用最多的是数控铣及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中的应用也非常普遍，线切割主要应用在各种直壁的模具加工，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花加工用的电极等。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。而数控车床主要用于加工模具杆类标准件，以及回转体的模具型腔或型芯，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零件的锻模。在模具加工中，数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。模具应用广泛，现代制造业中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。因此，凡制造业发达的国家，模具市场均极为广阔；凡模具发达国家，制造业也必定很发达和繁荣，也必定拥有国内、国外两个市场。所以，模具产业是国家高新技术产业的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源。优化模具系统结构设计和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和新产品试制，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等，应当是未来5~20年的模具生产技术的发展趋势。
Pro/MOLDESIGN是Pro/ENGINEER的一个选用模块，提供给使用者仿真模具设计过程所需的工具。这个模块接受实体模型来创建模具组件，且这些模具组件必然是实体零件，可以应用在许多其它的Pro/ENGINEER模块，例如零件，装配出图及制造等模块。由于系统的参数化特性，当设计模型被修改时，系统将迅速更新将修改反映到相关的模具组件上。典型的Pro/MOLDESIGN过程在Pro/ENGINEER中创建模具组件,将包含某些或所有以下的步骤。创建或设计模型。
进行拔模斜度检查或厚度检查,以确定零件有恰当拔模斜度,可以从模具中完全退出;或确认没有过厚的区域以造成下陷。
创建工件(work piece),这个工件是用来定义所有模具组件的体积,而这些组件将决定零件的最后形状如果需要选取适当的模座。
在模具模型上创建缩水率。缩水率根据选择的形态,可以等向(isotropic ally)或非等向(anisotropic ally)地增加在整个模型指定的特征尺寸。
加入模具装配特征形成流入口,流道及浇口。这此特征创建后将被加到模具设计中,且将从模具组件几何中被挖除
定义分模面及模块体积,用来分割工件形成个别的模具组件
抽取(Extract)所有完成的模块的体积,将所有的曲面几何转换为实体几何,形成实体零件,在Pro/ENGINEER其它的模块中使用。
填满模具槽穴来创建模型。借着利用工件的体积减去抽取的模具组件的体积,系统就能以剩下人体积自动创建模型。
定义模具开启的步骤及检查干涉如必要就进行修改。
依需要装配模座组件.这些模座是标准的模座零件,可由诸如HASCOA完成所有组件的细部出图及其它的设计项目,例如射出系统的配置及冷却水路的布置及DME等供应处取得,系统将它们与模具模型一起显示。
C,H,N等源自的聚合物，像PA，PC，POM等塑料内含有O原子。他们相对原子质量一般低于，也叫做大分子物质，是将低分子物质经聚合反应而成。像化学肥料那样，送进去的是煤炭、水，输出的是白色的碳酸氢铵一类的化肥。
我们知道物质是由分子构成，分子又是有许多原子构成的，在相同体积的情况下，有的密度大，有的密度小。在标准大气压、温度的条件下：水的密度为1.00,铝的密度为。而在常温下塑料的密度大多数为，经过发泡的塑料（如电器产品的防振包装垫）密度只有。当我们用刀切开发泡塑料，就会看到里面有许多小气孔，所以体积很大的发泡塑料重量且很轻。
4.1.3 塑料的性能特点
工程应用各种塑料的，应用条件不同选择的材料也不同。根据塑料的性质我们可以将材料分为十余中，其性能特点如下表所示：
表4-1 不同塑料的性能特点表
塑料名称 燃烧
易难 离火后是
否自熄 火焰状态 塑料变化状态 气 味 硝化纤维素 极易 继续燃 黄色 - 迅速燃烧完 - 聚酯树脂 聚苯乙烯 燃烧 黑烟 微微膨胀，有时开裂 苯乙烯气味 苯乙烯-丁二烯-丙烯
腈共聚物(ABS) 继续
燃烧 软化、烧焦 特殊 苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN) 浓黑烟 软化、起泡、比聚苯乙烯易焦 特殊聚丙烯腈味 乙基纤维素 上端蓝色 熔融滴落 特殊气味 聚乙烯 上端黄色，下端蓝色 - 石蜡燃烧味 聚甲醛 强烈刺激性甲醛、鱼腥味 聚丙烯 有少量
黑烟 石油味 醋酸纤维素 暗黄色 醋酸味 醋酸丁酸纤维素 酪酸(即丁酸)味 醋酸丙酸纤维素 熔融滴落燃烧 丙酸味 聚醋酸乙烯 黑烟 软化 醋酸味 聚乙烯醇缩丁醛 黑烟 熔融滴落 特殊气味 酚醛(木粉) 缓慢
燃烧 自熄 黄色 - 膨胀、开裂 木材和苯酚味 酚醛(布基) 继续
燃烧 少量
黑烟 布和苯酚味 酚醛(纸基) 纸和苯酚味 聚碳酸酯 缓慢
自熄 黑烟炭束 熔融起泡 特殊气味，花果臭 尼龙 蓝色、上端黄色 熔融滴落、起泡 羊毛指甲烧焦味 脲甲醛树脂 难 自熄 黄色，顶端淡蓝色 膨胀、开裂、燃烧处变白色 特辣气味、甲醛味 三聚氰胺树脂 淡黄色 氯化聚醚 熄灭 飞溅，上端黄色，
底蓝色，浓黑烟 熔融，不增长 特殊 聚氯乙烯 离火
即灭 黄色，下端绿色白烟 软化 刺激性酸味 氯乙烯-醋酸乙烯共聚物 暗黄色 特殊气味 聚偏氯乙烯 很难 黄色，端部绿色 聚三氟氯乙烯 不燃 - - - - 聚四氟氯乙烯
4.2 注射模的塑料材料选择
此面盖是要绝源的材料，而且加工，收缩率要小，尺寸要精确等等。具体材料的要求是
收缩小，便于加工和添加改性材料，如PC等。
耐磨抗压。抗高温。
材料价格便宜。
4.2.1 ABS材料特点
ABS(丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物) ABS物理和化学特性： ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯共聚物三种化学单位合成，每种单体都有不同特性；丙烯腈有高强度，热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性，抗冲击特性；苯乙烯具有易加工，高光洁及高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯—丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯胶分散相。这就决定了ABS材料的耐高温性、抗冲击性及易加工性等多种特性。缩水率为0.5% 所有FDM系列产品都提供ABS作为选项，而接近90%的FDM原型都是由这种材料制造的。使用者报告说ABS的原型可以达到注塑ABS成型强度的80%，而它的属性，例如耐热性与抗化学性，也是近似或是相当于注塑成型的工件，其耐热度为93.3，这让ABS成为功能性测试应的广泛使用材料。 典型用途： 汽车（仪表板、工具船门、车轮盖、反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机、搅拌机、食品加工机、割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆（如高尔夫球手推车、及喷气式雪橇车等）
注射装置 2—定模
3—动模 4—锁模装置 注射装置及定模安装在机床上半部，锁模装置及动模顶出机构安装在下部，互成竖立一线排列。其注射装置一般为柱塞式锁模机构为液压机械式。 适宜加工中小型塑件及两次进行双色注塑加工的双色件和镶件比较多的塑件。 卧式注射机
1—锁模装置 2—动模
3—定模 4—注射装置 注射装置与定模固定板为一侧，顶出机构及动模固定板为一侧互为横卧一线排列。注射装置及螺杆推动，进行液压锁模。 适应于各种塑件注塑成型，是目前使用最多的注射机。
直角式注射机
1—注射装置 2—定模
3—动模 4—锁模装置 注射装置为竖立分布，锁模装置，顶出及定、动模水平卧式排列，互成直角。注射装置为柱塞式，锁模机构为机械式。 使用于注射小型零件及塑件中心部分不允许留有浇口痕迹的特殊零件加工，应用不甚广泛。
5.1 主要技术参数
主要技术参数详见下表：
表5-2 注射机主要技术参数表
序号 技术参数 说明 1 注射压力 注射压力是指注射机所能产生的最大压力。 2 注射速度 注射速度是指每分钟射出溶胶的射程或射出每次注射量需用时间或每秒钟注入融腔内最大融料体积。 3 最大成型面积 最大成型面积是指塑件在分型面上的最大面积。 4 锁模力 锁模力是指克服型腔压力，夹紧力，定模分型面不产生溢料所需的力。 5 开模力 开模力是指克服塑料对模具的附着力以及开启模具抽出型芯所用的力和开模时各种摩擦力的总和。 6 允许模具厚度 机器允许安装模具的最大厚度称为允许模具厚度。 7 顶出装置顶出力及顶出形式 顶出塑件用力大小，分液压和机械两种。 8 模板行程 模板间最大距离和模具最小厚度之差值称为模板行程。 9 模板距离 模板距离是指动模滑动固定板与定模固定板的距离。
技术规格及特性
注朔成型机主要用于热塑性塑料的成型，其原理就是将热塑性塑料（可多次熔融冷却成型，分子结构呈线形结构且不随温度的升高变化的塑料）在料筒中加热成熔融状态由柱塞或螺杆施加压力通过喷嘴经由浇注系统进入模腔冷却成型0.4%～0.8%PL面以前）。大多数机壳，类如计算机显示器外壳，显示器底座。
分型面在塑胶中间。如薄型平板件、圆筒外形、圆球形件。
分型面在投影最大处、在R与直线相交获相切处。如产品口部需要圆角的。
分型面是曲线的。如滑槽，计算机鼠标外壳也是曲面。在设计此模具时将两曲面与中心线对称，使铭牌的两斜面背靠背，这样做可以使合模时在分型面上产生的侧向分力互相抵消，前后模之间就不会产生位移。
使塑件在开模后留在动模上。
浇注系统，特别是浇口能合理的安排。
产品的3D造型如下图所示
先对产品进行拔模分析以确定产品的分型面在哪里。经过分析产品的拔模角度选择-3°到3°，分析图如下图所示：
0°以上的部分是留在定模上面，0°以下的部分留在动模上面。0°的区域可留在动模也可以留在定模上，视情况而定。
产品侧面，有凹槽需要使用滑块去脱模，而背面有倒扣需要用斜顶来脱模。
滑块头部需要和滑块整体相连接，另外滑块的行程需要计算，按照经验公式计算S=S1+安全间距（3—5），对于精密产品来讲的话，安全间距2-3MM就可以满足要求了。S1是指产品破孔的深度，所以S=5+3=8MM。即滑块的抽芯距离是8MM。滑块的整体3D图如下图所示
滑块的头部下端有个圆孔是安装弹簧使用，而滑块后部的螺丝是限位使用的。
背部的倒扣需要斜顶脱模，倒扣的距离为8MM，另外加上安全距离2-3MM，达到10MM，计算斜顶的角度，可以有正切公式来计算，即模具推出距离与估算角度和正切1°的值三者相乘，大于10MM即可，正切1°的值近似为正玄一度的值为0.0175MM，最终档角度选到6°的时候所计算的值大于10MM。
斜顶头部的3D如图所示：
7 模架结构的设计
在设计注射模时，为缩短模具的生产周期，提高模具制造质量，必须事实注射模标准化设计，即采用模具标准模架及标准零部件，这样可以大大缩短模具设计时间，提高设计质量。
标准模架选用
目前，我国已经有较多模架专业制造厂，并多是按照GB/T 12556.1-1990，GB/T 12555，1-1990模架系列标准制造。在模具设计时，设计人员应尽量采用这些标准模架，以 便于缩短生产时间。然后根据塑件的尺寸、形状、型腔的布置、冷却系统的布置及所选模具结构等方案，结合模架生产厂家所提供的生产目录，来选择合适形式和尺寸系列的标准模架和相应的标准零件。
(1) 结构形式选择
注射模标准模架共有两个国家标准。一般适用于模板尺寸的中小型模GB/T12556-1990;二是适用于模板尺寸的大型模架GB/T12555-1990。
(2) 尺寸的选择
标准模架的尺寸是由模板的长和宽（）来确定的，中小型模架GB/T 12556.1-1990共规定了18中系列，每个系列又有0~49、0~64种不同的规格，而大型模架GB/T 12555.1-1990共规定了6中系列，每个系列又有0~64种不同的规格。
7.2 标准零件的设计
GB/T .1-11-1984标准共有11个通用零件，这些零件之间具有相互配置关系，选用时可根据使用要求，配套组装。
7.2.1 结构支撑件设计
注射模中的定模座板、定模板、动模板、动模支撑板、动模座板、垫块等零件均为支撑零件，各种支撑零件都要具有足够的强度和刚度。
1） 模板尺寸标准
模板尺寸标准见表：
表7-1 模板尺寸标准（GB/T 4169.8-1984）
该标准适用于定模板、动模板、动模支撑板、以及定模座板、动模座板等。 标记要点
、、的模板10016040 GB/T -1984
材料 45钢
技术条件
图中标注的形位公差值按照GB/T 1184-1996的附录1，t1为5级，t2为6级，t3为8级。当用做定模板固定板、动模固定板时，根据使用要求t2\t3等级由承制单位决定。
其他形式按找GB/T 4170-1984。 12.5 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 100 100 125 160 125 125 160 200 160 160 200 250 315 180 200 250 315 200 200 250 315 355 400 250 250 315 355 400 250 450 500 560 315 315 355 400 500 315 560 630 355 630 710 400 400 450 500 560 450 630 500 560 450 500 710 800 500 710 560 630 500 560 800 560 800 630 710 560 630 900 900 900 1000 1250 注：“”表示优先选用尺寸。
2）推板尺寸
推板尺寸标准见表：
表7-2 推板尺寸设计标准
（1）标记要点
B=56mm L=100mm H=12.5mm的推版：5610012.5 GB/T 4169.7-1984
（2）材料 45钢
（3）技术条件
1） 途中标注的形位公差值按照GB/T1184-1996的附录1，t1为6级，t2为8级。
2） 其他按GB/T 4170-1984 10 12.5 16 20 25 32 40 50 63 58 100 125 180 73 125 160 200 114 200 250 315 118 200 250 315 355 400 148 250 315 355 400 450 500 560 199 315 355 400 450 500 560 630 225 355 400 450 500 560 630 710 270 400 450 500 560 630 710 286 450 500 560 630 710 800 424 630 710 800 900
注：“”为优先选用尺寸。
本设计中推板的3D图如下所示：
图7-3 推板设计图
3）导套设计
导套尺寸标准如下：
图7-4 导套工程图
标记要点
带套头导套T型：GB/T 4169.3-1984
材料 T8A 、20钢
技术要求：
热处理50~55HRC，20钢渗碳0.5~0.8mm56~60HRC
图中标注的形位公差值按照GB/T 1184~1996，t为6级
其他按GB/T 4170-1984。
4）带头导柱设计
导柱尺寸标注如下：
图7-6 导柱工程图
标记要点:
材料：T8A 、20钢
技术要求:
热处理50~55HRC;20钢渗碳 0.8mm56~60HRC.
图中标注的形位公差值按照GB/T 1184~1996，t为6级.
D的尺寸公差根据使用要求可在相同公差等级内变动.
图中倒角不大于0.5×45°.
在滑动部分要设置油槽，其要求由承制单位决定.
其他按GB/T 4170-1984。
按照上表格选择以及产品的大小考虑，我选择了龙记模架246-246-36的模架，上下模板选择36的厚度可以满足压力的要求。而且在只做模具的时候我使用了整体式的结构，而对于此模具使用镶嵌式的模具，对模具冷却，注塑压力等情况有很好的用处，但是如果使用镶嵌式的形式的话，模具加工的难度，定位要求，精度有很高的要求，成本要求高。所以选择了整体式的形式。
8 浇注系统和冷却系统设计
8.1 浇注系统
从主流道开始到产品的型腔之前的最后一段距离称为浇注系统，主要分为大水直浇口和侧浇口。直浇口的浇注系统只有主流道这一段与产品相连，而侧浇口浇注系统使主流道、分流道、支流道和产品相连。
8.1.1 浇注系统的形式
大水口类分为直浇口和侧浇口两种。直浇口就是浇口直接与产品连接，它只有主流道，没有分流道、支流道和进料口。侧浇口是从产品侧面进料的浇口，它又分为：搭边进浇口、扇形浇口、平缝式浇口（搭边进料的特殊形式）、后模潜浇口（潜伏式浇口）、牛角式潜水浇口、前模潜浇口。
细水口（点浇口类）。有单件单个进料点（也称为简化细水口），有单间多个进料点。大件的塑胶件需要多个进料点才能保证缩短充浇时间。
8.1.2 浇注系统的设计原则
总的原则是粘着液的塑料能够平稳顺利地充满型腔，成型完好的塑料制品。
保证塑料流体流动稳定，应与排气槽相结合，使塑件在填充时不产生涡流和紊流。使粘流态的塑料流动平稳顺畅，从而获得好的塑件制品。流到内应该平滑但不要太光滑，大约用600号砂纸抛光就可以了。
流程应该尽量短。一是减少流道内的塑料。二是要缩短填充时间，减少热量损失，加快生产过程，提高生产效率。
尽量避免正面冲击细小型芯和细小嵌件，以免细小型芯弯曲、细小嵌件移位。万以避免不了时，一是改变进料口的角度，即冲塑胶方向；二是将型芯两端固定，固定嵌件。
如果塑件较小，可以单点进料；如果料件较大，单进料压力小，产品容易翘曲变形或缺塑胶，应改为两点或多点进料。进料位置应该选择适当，应在塑胶位面积较大、塑胶位较厚处，使塑胶易于流动。
图8-1 浇注图
尽量避免塑胶量悬殊太大的产品排在一套模上，这不利于浇注系统的设计和制造。大部分产品上进料口位置的选择受产品在模具上的排位制约，所以必须与排位设计统筹兼顾，不能顾此失彼。
此产品是大件件，鉴于产品的装配问题，产品不能在成型方向上进胶，所以改在产品的端部进胶，采用侧浇口式的进胶方式，产品的进胶3D图如下图所示
此套模具考虑到不能影响外观要求等，如使用侧浇口的话，是一种可行的进胶方式，但产品完成后需要人工修减侧面的浇口凝料，大大提高了成本，而且不适合自动化生产。采用潜伏式的浇口进胶方式，不仅适合自动化而且不影响外观，但是此方式也有两个缺点，第一胶口凝料容易断裂在模具里面，如不注意的话会再接下来的合模充填过程中损坏模具，第二从主凝料到进浇点有距离要求，需要15MM的间距，否则在开模过程中，浇口凝料容易留在模具里面。潜伏式浇口的进浇口小，对于大件可能充填不足。综合考虑采用侧浇口进胶，而且浇口采用扇形的，保证充填完整。
冷却系统
冷却系统的作用
由于注塑产品的成型过程是将颗粒状的塑料加热到粘流态再加压注入到模具的型腔中的。在加热过程中，塑料吸收了大量的热能，温度一般在190°C以上。ABS塑料注射温度在220°到230°C，PC塑料注射温度在300°C左右。这么高温度的塑料要让他迅速冷却定型成为塑胶产品，必须使模具内的热量迅速被带走，使模具迅速冷却，必须设冷却系统。
热传导有三种方式：（1）传导，例如将一根金属棒的一端烧热，另一端也会变热，这种现象较热传导。（2）辐射，太阳离地球虽然很远，但仍然能感觉到温度。（3）对流。如水的冷热对流。这三种热传导方式中选择对流，选择水作为介质。因为通过水对流进行热交换的效率高，水这种介质最廉价。在模具内钻一些空接上水管，让水在孔里面流动。溜进去的谁是冷的，流出来的水是热的，流动的水带走了模具内热量，使模具和产品迅速冷却下来，使塑胶产品迅速定型。
8.2.2 冷却效率
影响冷却效率的主要因素有水的流量、流量、水温的高低、冷却时间的长短。要提高冷却效率可以采取以下措施：
加大冷却水孔的直径。由于受模板及凸模面积大小的限制，不可以将孔径钻的太大，一般采用直径为5-10mm。
增加水孔数量。由于模具上能钻冷却水孔的空位有限，尤其是后模上面有模芯螺钉孔、顶尖孔等等，不可能钻很多水孔。只能适当增加水孔的数量。一般直径5到6mm的水孔冷却半径大约为25mm，直径为7到8mm的水孔冷却半径为35mm左右。
控制冷却时间。将注塑机各个工作时间段调整到最佳位置，挤出的时间尽量用来延长冷却时间。冬天水温低冷却时间可以适当缩短，夏天水温高要适当延长。
保持适当的模具温度。一些成型温度高的塑料，塑胶位很薄的产品，如果模具温度太低，产品不能成型。模具温度应在35~45°C之间。大部分塑胶应在30~35°C之间。
8.2.3模具冷却系统设计
对于那些尺寸较大、并且采用镶件形式的型腔，通常采用下列方法设置冷却水道：
1）冷却水道水嘴设计，常用的水嘴有三种：
用于一般成型要求的模具。
用于特殊要求的成型高温模具。
用于冷却水道的水嘴与水管之间的快速连接。
以上三种类型的水嘴，其内径都不应与冷却水道的孔径相差太大，以免冷却液流动不均匀。另外由于这三种类型冷却水道在安装后，都外凸与模具表面，因此，在模具运输或维修时，容易犯生损坏。为解决这一问题可以在模具外表面安装垫柱的方法以保护冷却水道水嘴。其形式如下图所示：
动模和定模的冷却水道布局是一样的。这样的方式不仅可以冷却到产品而且冷却到滑块。这样的方式无疑可以使模具和产品均匀冷却。
并且水嘴和位置图如下：
在注塑成型生产中，为了提高生产效率，使更换模具速度更加迅速，国内外厂家，大量采用快速搭锁式水嘴。
2）冷却水管与模具的连接
模具中冷却系统设计完毕后，剩下的问题就是冷却水管与模具的连接。这一问题平时不被重视，但是如果处理不当的话，会给模具的使用者带来许多不便的麻烦。因此，模具设计者在开始设计冷却系统时，就应该注意这一问题。
模具冷却水道水嘴在模具中正确的位置
模具安装在注射机上后，其冷却水道的水嘴不能正对注射机的拉杆，以免安装困难。
冷却水道的水嘴最好安装在注射机背后，以免影响操作。
对于自动成型的模具，其冷却水道的水嘴的安装最好不要设置在模具顶端，以免给操作人员带来不便。
避免冷却水道水嘴安装在模具底部。因为在自动成型时，由于水管的限制会影响制品与料靶的脱落。
动、定模冷却水道的水嘴不能相互靠得太近，以免在安装和固定时出现困难。
所有冷却水道水嘴与模具冷却水道孔都采用螺钉连接。在其螺纹部位，应缠绕生胶带以防止冷却液泄露。另外，为避免水嘴锈蚀，一般选用黄铜材料（也可以选用黄铜材料进行表面处理）。
9 模具相关校核计算
9.1 注塑机参数的校核
注塑模需安装在注塑机上才能进行工作，两者应该相互匹配，所以注塑模设计之前要进行注塑机基本参数的校核。只有这样，才能处理好注塑模与注塑机之间的关系，使设计出来的注塑模能在注塑机上安装和使用。
9.1.1 注射量的校核
在设计模具时，为确保塑件质量，应保证注塑模内所需注射量在注塑机实际的最大注射量的范围内。根据生产经验，注塑机的最大注射量是其额定注射量的80%，换句话来说，一个注射周期内所需注射的塑料熔体的总量必须在注塑机额定注射量的80%以内。注塑机额定注射量有两种表示方法，一是用容量（cm3），一是用质量（g）表示。国产的标准注塑机的注射量均以容量（cm3）表示。设计采用国产注塑机，以容量校核。
在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量，应为制件和浇注系统两部分容量之和，即
式（9.1）
式中，V—一个成形周期内所需注射的塑料容积（cm3）。
n——型腔数目。
——单个塑件的容量（cm3），
（2146cm3） 式（9.2）
——浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量（cm3）（45cm3）。
故应使
式（9.3）
式中，——XS-ZY-10000注塑机额定注射量（10000cm3）。4792＜80%10000
满足要求
9.1.2 锁模力的校核
注射成型时，高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力等于塑件和浇道系统在分型面上投影面积与型腔压力之积。为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。因此模具设计时应使注塑机的额定锁模力大于胀模力。
则 式（9.4）
式中：F—注塑机额定锁模力（35000KN）。
、——分别为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积（估算为全部面积的60%）分别为16118280mm2，100 mm2
——塑料熔体在型腔内的平均压力(查模具设计手册)（20~40MPa）。取为40Mpa经过计算28762＜35000.满足要求.
9.1.3 最大注射压力的校核
注塑机的最大注射压力必须大于成形塑件所需要的注射压力。最大注射压力是指注塑机料筒内柱塞或螺杆对熔融塑料所施加的单位面积上的力，用于克服熔料流经喷嘴、浇道和型腔时的流动阻力。成形塑件所需的注射压力是由塑料品种、注塑机类型、喷嘴的结构形式、塑件形状的复杂程度、塑件的壁厚、精度、塑化方式、塑化温度、模具温度及浇注系统的压力损失等因素决定的，其值一般在70～150MPa范围内。一般来讲，塑料熔体流动性好，塑件形状简单，塑件壁较厚所需注射压力较小；螺杆式注塑机由于注射力较柱塞式注塑机要大，故注射压力可取得小一些。设计模具时，可参考各种塑料的注射成形工艺确定塑件的注射压力，再与注塑机额定压力相比较。
其计算公式如下：
式（9.5）
F——所需锁模力（kN）；
p——型腔单位面积的注射压力（MPa）；
A——型腔（包括浇注系统）的投影面积（cm^2）。(66900+100=67000cm^2)
注塑机的公称注射压力要大于塑件成型的压力。
即：P公〉P注P公——注塑机的最大注射压力（45000MPa）。
P注——塑件成型所需要的实际注射压力（最大30000MPa）。
满足要求
9.1.4 开模行程校核
所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。S≧H+H+（5~10）m要求——注塑机移模行程mm；
——推出距离；——流道凝料与塑件高度mm。
注塑机安装模具部分的尺寸校核
9.2.1 喷嘴尺寸
注塑机喷嘴头一般为球面，其球面半径R应与模具的主流道始端的球面半径吻合，以免高压熔体从隙缝处溢出，一般模具的主流道始端的球面半径应比喷嘴球半径大2～5mm。
9.2.2 定位环尺寸
注塑机定模固定板上有一规定尺寸的定位孔，注塑模定模板上相应设计有定位环。为了使模具的主流道的中心线与注塑机喷嘴的中心线相重合，模具定模固定板上的定位环或主流道衬套与定位环的整体式结构的外径尺寸d应与注塑机固定模板上的定位孔呈间隙配合，便于模具安装。定位环的高度小型模具为7～10mm，大型模具为 10 ～15mm，定位孔深度应大于定位环的高度。
9.2.3 模具厚度
在模具设计时应使模具的总厚度位于注塑机可安装模具的最大模厚和最小模厚之间.同时应校核模具的外形尺寸,使得模具能从注塑机拉杆之间装入。
模具闭合后的厚度（闭合厚度）应在注塑机允许的最大模具厚度（780mm）和最小模具厚度（420mm）之间，即.模具闭合的厚度为650mm
式（9.7）
9.3 模具的长度与宽度
模具外形尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，校核其安装时能否穿过拉杆空间在动、定模固定板上固定。模具在注塑机动、定模固定板上安装的方式有两种：用螺钉直接固定（大型注塑模多用此法）和用螺钉、压板固定（中、小型模具多用此法）。采用第一种方法时，动、定模座板上的螺钉孔尺寸及间距应与注塑机对应模板上所开设的螺孔相适应（注塑机动、定模安装板上开着许多不同间距的螺钉孔，只要保证与其中一组相适应即可）;若采用后一种方法，灵活性大，只需在模具动、定模固定板附近有螺孔就行。
9.3.1 开模行程的校核
模具开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。注塑机最大开模行程的大小直接影响模具所能成形的塑件高度，太小塑件将无法从动、定模之间取出。因此模具设计时必须进行注塑机开模行程的校核，使其与模具的开模距离相适应。对于带有不同形式的锁模机构的注塑机，其最大开模行程有的与模具厚度有关，有的则与模具厚度无关。
选择液压－机械式锁模机构的注塑机，其最大开模行程是由肘杆机构或合模液压缸的冲程所决定的，而与模具厚度无关，当模具厚度变化时可由其调模装置。用校核时只需使注塑机最大开模行程大于模具所需的开模距离即可。
模具为单分型面注塑模，其最大开模行程按下式校核：
式（9.8）
式中：——注塑机最大开模行程（800MM）——塑件脱模距离（30mm）。
——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（182mm）。
计算后满足要求
9.3.2 顶出装置的校核
各种型号注塑机开合模系统中采用的顶出装置和最大顶出距离不尽相同，设计的模具必须与其相适应。
采用注塑机HTW228，为中心顶杆液压顶出与两侧双顶杆机械顶出联合作用。模具设计成推杆顶出，符合要求。
顶出机构的顶针分布图如下，顶针中有方顶针和圆顶针，方顶针主要是防止产品变形。
9.4 成型零部件的设计计算
9.4.1 成型零部件尺寸分析
成型零部件的设计计算主要指成型部分，与塑件接触部分的尺寸计算。而对于塑件尺寸精度的影响因素主要有以下方面：
1）成型零部件的磨损。其主要是塑料熔体在成型行腔中的流动以及脱模时塑件与型腔或型心的摩擦，而后者为主。为简化设计计算，一般只考虑与塑件脱模方向平行的磨损量，对于垂直方向的不考虑，而忽略不计。中小形塑件我们取δc=1/6Δ。
2）成型零部件的制造误差。成型零部件的制造包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两个方面，设计时一般将成型零部件的制造误差控制在塑件相应公差的1/3左右，δz=1/3Δ ,通常取IT6—IT9级精度。
3）塑件的收缩率。收缩率不仅是塑件的固有特性，而且与制品的结构，工艺条件等方面的因素有关。生产中由于设计选取的计算收缩率与实际收缩率的差异，以及塑件成型工艺条件的波动，材料批号的变化而造成塑件收缩率的波动，由此导致塑件尺寸的变化值为：
δs=(Smax-Smin)×Ls 式（9.9）
试中：Smax——塑件的最大收缩率；1.2
Smin——塑件的最小收缩率；0.8
Ls——塑件的名义尺寸。长85MM，宽50MM，厚度25MM
由上试可以看出，收缩率对塑件的尺寸影响不大。
4）配合间隙引起的误差δj。比如：采用活动型芯时，由于型芯的间隙配合，将引起塑件孔的位置误差或中心距误差等，为了满足以上因素对塑件造成的误差总和最小且小于塑件的公差值。
顶出机构
使用顶针顶出，顶针有圆顶针扁顶针还有方顶针，我们使用圆顶和方顶，方顶可以防止变形，顶针分布如下图
9.5 冷料穴的设计
冷料穴的作用是贮存因两次注射间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前冷料，以防止熔体冷料进入型腔。冷料穴一般设在主流道的末端，当分流道较长时，在分流道的末端有时也开设冷料穴。
冷料穴位于主流道正对面的模板上，或是处于分流道末端。其作用是防止冷料进入型腔而影响塑件质量；开模时又能将主流道中的冷凝料拉出。冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。
1.底部带有推杆的冷料井：这类冷料井的底部有一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，因此它常与推杆或推管脱模机构连用。
2.底部带有拉料杆的冷料井：这类冷料井的底部由一根拉料杆构成，拉料杆装于型芯固定板上，因此它不能随脱模机构运动。
3.底部无杆的冷料井：对于具有垂直分型面的注塑模，冷料井置于左右两半模的中心线上，当开模时分型面左右分开，塑件和流道凝料一起取出，冷料井底部不必设置杆件。
4.分流道冷料穴：当分流道较长时，可将分流道的尽头沿料流前进方向延长作为分流道冷料井。以贮存前锋冷料，其长度为分流道直径的1.5～2倍。
该模具设计中采用点浇口，故不需要设计冷料槽。而是在定模底板上设置拉料杆和脱流道装置。
9.6 模具温度调节系统
塑料模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺不同，模具温度也要求不同。因此在设计注塑模具时必须考虑用加热或冷却装置来调节模具的温度。对于一般的热塑性塑料注射成型时只需考虑冷却装置。
9.6.1 温度调节对塑件质量的影响
温度调节对塑件质量的影响主要有以下几个方面:
a．尺寸精度
利用温度调节系统来保持模具温度的恒定或采取较低的模温，可减少塑件成型收缩率的波动，提高塑件精度。
b．形状精度
模具型芯与型腔各部分温差过大，会使塑件收缩不均匀而导致翘曲变形，影响塑件的美观和使用。特别对于壁厚不一致和形状复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而变形的情况，必须采用合适的冷却回路，使模具型腔各个部位的温度基本上均匀。
c．表面粗糙度
模温过低会使塑件轮廓不清晰，产生明显的熔合纹，提高模温可改善塑件的表面状态，使塑件的表面粗糙度降低。
9.6.2 温度调节对生产力的影响
温度调节系统对生产力的影响主要由冷却时间来体现。通常注射到型腔内的塑料熔体的温度为200℃左右，塑件从型腔中取出的温度在60℃以下。熔体在成型时释放的热量中约有5%以辐射、对流的形式散发到大气中，其余95%需冷却水带走，否则由于塑料熔体的反复注入将使模温升高。为了保持模温的恒定，在每一循环中，必须由冷却系统把塑料熔体的热量带走。因此模具的冷却时间主要取决于冷却系统的冷却效果。一般的模具冷却时间占整个注射循环周期的2/3，因此缩短成型周期中的冷却时间是提高生产率的关键。
根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量为
Q=k×A×Δθ×t/3600 式（9.14）
式中：Q——模具与冷却系统所传递的热量（J）。
K——冷却管道孔壁与冷却介质间的传热系数J/(m2×h×℃)。
A——冷却介质传热面积（m2）。
——模温与冷却介质之间的温度差（℃）。
T——冷却时间（S）。
由式中可知，当所需传递的热量不变时，可通过提高传递系数k，提高模具与冷却介质温度差及增大冷却介质的传热面积A等三种方法来缩短冷却时间，提高生产效率。
9.7 合模导向和定位机构
注塑模闭合时为了保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构，最常见的导向定位机构是在模具型腔四周设2～4对互相配合的导向柱和导向孔，导柱设在动模边或在定模边均可，但一般设在主芯型周围。
1．导向作用
动定模合模时按导向机构的引导，使动定模按正确方位闭合，避免凸模进入凹模时因方位搞错而损坏模具或因定位不准而相互碰伤，因此设在型芯周围的导柱应比主型芯高出至少6～8mm。这对于移动式模具采用人工合模时特别重要。
2．定位作用
在模具闭合后使型腔保持正确的形状和所有由动定模合模构成的尺寸的精度，例如定位不准引起桶形塑件壁厚不均或尺寸精度下降。
3．承受注塑产生的侧压力
当塑件形状不对称或通过侧浇口注入塑件时都会产生单向侧压力，该力会使动定模在分型面处产生错动，当侧压力很大时，还不能单靠导柱来承担，需要设锥面或斜面进行定位，例如采用圆锥面作分型面能起很好的定位作用。
（1）直径和长度。导柱的直径在12～63mm之间时，按经验其直径d和模板宽度B之比为d/B≈0.06～0.1，圆整后选标准值。导柱无论是固定段的直径还是导向段的直径，其形位公差与尺寸公差的关系应遵循包容原则，即轴的作用尺寸不得超过最大实体尺寸，而轴的局部实际尺寸必须在尺寸公差范围内才合格。导柱长度应该比凸模端面的高度高出6～8mm
（2）形状。导柱的端部做成锥形或半球形的先导部分，锥形头高度取与相邻圆柱直径的1/3，前端还应倒角，使其能顺利进入导向孔。大中型模具导柱的导向段应开设油槽，以储存润滑油脂。
（3）公差配合。安装段与模板间采用过渡配合H7/k6，导向段与导向孔间采用动配合（间隙配合）H7/f7。
（4）粗糙度。固定段表面用Ra0.8,导向段表面采用Ra0.4。
（5）材料。导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此多采用中碳钢（45号钢），碳（0.5～0.8mm深），经淬火处理（RC56～60）或碳素工具钢（T8A，T10A）或Ra1.6。
（3）材料。导套的材料可用耐磨材料，如铜合金制造，当用碳钢时也可采用碳素工具钢淬火处理。硬度HRC50～55，或采用45号钢碳淬火，其表面硬度为HRC56～60，但其硬度最好比导柱低5度左右。
9.8 加工成本
凸模、凹模、压料筐加工精度由原来的 0.5mm-1mm 提高到 0.05mm-0.1mm ，而且轮廓清晰，合模面一致性好。同时大大减少了钳工修模时间。为解决新产品开发中模具设计和制造这一薄弱环节提供了一套系行之有效的方案，为模具 CAD/CAM 技术的进一步研究、开发奠定了坚实的基础。投资效益比较传统方法Pro/E 节约数据测量8×30×300=72,000 8×7×300=16,800元552,000 元数控加工8×9×300=216,000 24×8×300=57,600 158,400 元 注：数控机床每小时费用 300 元 / 小时。
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