《模具设计与制造专业毕业设计》

标    题：   汽车底盖零件注塑模  

摘要

本文是关于以汽车底盘零件为研究对象的注塑模设计，通过对其结构形式和材料的注射成型工艺进行正确的分析，设计了一模两腔的塑料注射成型模具。塑料模毕业设计是模具专业学生在学习过程中的一个重要实践性学习环节，其目的是：

1.应用本专业所学的理论知识和实训技能进行一次注射模设计工作的实际训练，以提高独立分析和解决实际问题的技能、培养从科技研究工作的初步能力。

2.通过查设计资料手册和视频，熟悉设计标准和技术规范，通过进行方案论证、设计与计算、cad、ug绘图数据处理和综合分析，编写说明书等环节进行工程师的基本训练。

3.根据本设计任务书，再通过分析了任务题目连接套筒零件的结构和注射工艺性的基础上，详细介绍了在ug软件平台上快速生成连接套筒注射模型腔、型芯的过程。并介绍了运用模具专家系统进行模架和其它零部件设计及开模仿真方法。ug的应用缩短了该模具的开发周期，提高了效率，降低了成本。

4.培养勤奋、求实、团结互助、勇于创新的优良品质。希望通过本次毕业设计答辩，进一步巩固、深化、扩大所学到的知识、技能。

关键词: 注射模、cad、ug、机械。

引言

近年来，模具在产品制造过程中占据重要地位。模具设计水平的高低，在很大程度上决定了生产率的高低。有效的模具设计可以降低资源调整次数和调整时间，为生产计划与调度提供更大的优化空间，以达到提高生产效率的目的。模具设计是工装系统的重要组成部分，它影响着产品生产的效率和质量。对模具设计进行深入的研究有着重要意义。中国塑料模具制造水平已有较大提高。型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2μm，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，cad/ug等软件技术的应用面已大为扩展，高速加工及rp/rt等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。

面对现在的情况未来模具的发展趋势向模具加工设备提出了特殊要求：一是制造模具的钢材硬度较高，要求模具加工设备具有热稳定性、高可靠性；二是复杂型腔和多功能复合模具要求加工编程程序量大，具有高深孔腔综合切削能力和高稳定性；三是高动态精度。面对激烈的市场竞争以及外资企业的推动，中国许多模具企业结合自身发展需要纷纷加大设备投资，一方面自主开发新工艺、新设备，另一方面也引进国外先进的加工设备。比如美国摩尔坐标磨床，辛辛那提龙门加工中心，德国dmg公司的各类精密设备，瑞士制造的各类精密设备如阿奇夏米尔公司，瑞典制造的精密定位基准系统，日本牧野、三菱、沙迪克、大隈等公司的精密设备，瑞士、德国、意大利的五轴高速铣等。此外，还有立式加工中心、立式快速加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、数控三坐标测量机、高速高精度电火花成型机、线切割机床、坐标磨床、坐标镗床、镗铣机、成型磨床、光学曲线磨床、带锯床、深孔钻、电极加工机、雕刻机、抛光机、合模机、模具标准件加工专机、高性能热处理设备、快速成型设备、各种刀具及磨刀机、计算机工作站及微机等。

此外，在模具行业内提倡模具生产专业化与模具带产品的两种模式发展国内模具工业；继续在模具企业间形成诚信经营，公平竞争，重合同守信用的经营作风；继续加大模具人才的培训力度，满足上海模具工业的需求；以多种形式交流先进经验，推广现代模具建设、经营办法，促进国内模具企业整体素质提高等。

毕业设计的主要目的有两个：一是让学生掌握查阅资料手册的能力，能够熟练的运用cad、ug等软件进行模具设计；二是掌握模具设计方法和步骤，了解模具的注射工艺过程。

本书是根据《塑料成型工艺与模具设计》、《注塑成型及模具设计实用技术》、《塑料制品与模具设计》、《中国模具设计大典》等诸多参考资料编写而成。运用ug、cad软件设计出选定的塑料制品的图纸，由于缺乏经验、知识有限、时间仓促，该书难免出现一些不足之处，请老师和同学们多多指教，谢谢大家的支持。

本说明书由株洲职业技术学院模具设计与制造专业1201班宋平主编，谢冬和老师审核。在编写过程中，参考了大量资料，也得到了多位老师指导和帮助，同时还得到了同学们的提示，特在此表示衷心的感谢！

一、对汽车底盘零件进行成型工艺分析分析

1.1塑料性能分析

（1）塑料

品种：abs

基本特性:abs塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物))

（2）典型应用范围

汽车（仪表板，工具舱门等），电冰箱，大强度工具（食品加工机，割草机等），，娱乐用车辆如高尔夫球手推车等。

（3）注塑模工艺条件

干燥处理：abs材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80~90℃下最少干燥2小时。材料湿度应保证小于0.1%。

熔化温度：210~280℃；建议温度：245℃。

模具温度：25-70℃。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

注射压力：500~1000 mpa

注射速度：中高速度

（4）化学和物理特性

（1）abs是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：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、高光洁度及高强度。从形态上看，abs是非结晶性材料。三中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，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。

（2）abs的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的abs材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

（3）abs材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

1.2塑件造型及成型工艺性分析

（1）产品分析与ug三维造型

图1为汽车底盖零件的产品图，材料为abs，该零件属于中等批量生产，未注公差采取mts级精度，该零件对称性好，主体拉伸，抽壳，倒角等.

应用ug软件对该零件进行三维造型，基本操作步骤与过程为:先进行71、122的拉伸，然后长边25°，短边20°的拔模，从上表面造型出r19与边相切的草图并向下拉伸13，后倒r4的角，在倒r8的角，最后拉伸上表面上的4个直径6的圆和两边 直径6的圆。

图1汽车底盘零件产品图

（2）成型工艺方案分析

该零件有上下通孔和两侧孔，，需要侧向抽芯。成型零件的设计主要考虑型芯的嵌人式处理方法。根据零件的结构特点，拟定如下工艺方案进行比较分析，最终确定设计方案。

1.分型面的确定。选取分型面时，应考虑塑件脱模顺利，简化模具结构，使得设计出来的结构零件便于加工，并且保证塑件表面精度。分型面如图1所示为a-a分型面，塑料为上下分模动模，这使模具的结构变得简单，因而选定该方法为此模具的分型设计方案。因此模有侧空，故侧型芯设在定模上，所以此模分为三部分，动模、定模和侧型芯合。

2.型腔布局。由于该零件尺寸较大，又是中等批量生产，可采用1模2腔，模具型腔和结构较简单，可以降低模具制造成本。

3.浇注系统。浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。它的作用是使来自喷嘴的熔体平稳而顺利地冲模、压实和保压。正确设计浇注系统对获得优质的塑件极为重要。浇口形式的设计，应使塑件的各向异性最小。该成型模可设计为如图2所示潜伏式浇口，从塑件上端孔进料，模具型腔的加工简单、浇口容易去除，不影响塑件外观，模具的结构也相对较简单。

图2潜伏式浇口

4.推出机构。由于该塑件相对深度较大，塑件对动模型芯的包紧力不大，因此设计一副由推杆推出的推出机构。因为此零件斜面较多，推杆能更好的实现对此零件的应用，就能平稳顶出塑件，这样塑件不易发生顶出变形，且能确保塑件质量，因此推杆推出为本次模具设计的优选方案。

1.3成型设备选用及校核

1、注塑机的选用

（1）计算塑件的体积、质量

经ug软件测得塑件的体积v= 20440.849577337 mm^3， m=0.160064934 kg。

（2）确定模具型腔数量

塑件的生产批量为中等批量生产，且塑件精度要求不高，因此，应采用一模多腔，为使模具尺寸紧凑，确定型腔数目为一模两腔。

（3）选择注射机

根据公式  vmax=(n•vs+vj)

式中 vmax——模具的最大注射量（cm3）

n——型腔数量

vs——塑件体积（cm3）     

vj——浇注系统凝料体积（cm3）

k——注射机最大注射量利用系数，一般取k=0.8

已知n=1，vs=20.44cm3 ，估计vj=3.066cm3

则 vmax=（2×20.44+3.066）cm3

=43.946cm3

查教材中表3-3，初步选择注射机 xs-zy-125

 明确注射机的规格参数：

最大注射量 60 cm3

注射压力 122 mpa

最大开模行程 180 mm

模板尺寸  330mm×440mm

锁模力 500 kn`

模具厚度  最大200mm、最小70mm  

拉杆空间  190mm×300mm

喷嘴尺寸  圆弧半径r12mm、孔直径φ4mm

定位孔直径  φ100mm

顶出形式 顶杆顶出

（4）制定注射成形工艺参数

查表3-1，ps的注射成形工艺参数如下：

 温度（℃）

喷嘴温度  160～170

料筒温度  前段170～190，中段～，后段140～160

模具温度  20～60

 压力（mpa）

注射压力  60～100

保压压力  30～40

 时间（s）

注射时间  0～3

保压时间  15～40

冷却时间  15～30

成形周期  40～90

2、注射机的校核

（1）注射量的校核

在模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需注射熔体质量在注射机额定注射量的80%内 。在一个注射成型内需注射入塑料熔体的质量为塑件质量和浇注系统质量的总和：

最大注射量是指注射机一次注射塑料的最大容量。设计模具时，应保证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，即

nm+m1≤kmp

经算得符合要求！      

（2）、锁模力的校核

为了防止在注射成型时因锁模不紧而发生溢边、跑料现象，在高温熔体充满型腔时产生的轴向推力t 应小于注射机的额定锁模力t 。

锁模力可按下式校核：

f≥p (na +a )                                              

式中：p ——塑料注射压力kn  经查阅资料

abs注射成型所型腔压力30mpa    既p =30/80%=37.5mpa

a ——单个塑件在分型面上投影面积

a ——浇注系统在分型面上的投影面积

f——注射机额定锁模力1000kn

投影面积计算：

估算：na =2×8.6 =17.2

a =

p (na +a )= 

同样，xs-zy-125的额定注射压力120mpa＞37.5mpa，

故能满足abs的注射压力要求。

3、模具厚度h与注射机闭合高度校核

h ＜h＜h                                               

式中：h——模具的闭合高度， h=285mm

h ——注射机允许最小模具厚度,   h =200mm

h ——注射机允许的最大模具厚度, h =300mm

经校核满足要求。

4、注射机开模行程的校核

注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件（包括浇注系统）所需开模距。

即满足下式：

式中：s------模具所需开模距离mm

h ——塑料脱模需要的顶出距离,h =21mm

h ——塑件厚度（mm），h =35.5mm

a------取出浇注系统凝料所需浇口板与固定模板之间的距离,

a=40mm

s ---注射机的最大开模行程，为300mm

则 s = h + h +a+8=21+35.5+40+8=104.5mm＜s

经校核满足要求。

二、塑件分模设计

2.1模具型腔布局设计

建立模具工程目录叶新建模具型腔，选择公制模板→定位参照零件，改变其坐标方向，使模具坐标系统的z轴沿零件的轴线指向正方向升增加毛坯工件升设置收缩率，如图3所示。利用主分型面分割出上、下型腔模具体积块，再从上型腔模具体积块中分别分割出2个侧抽芯体积块。然后对侧抽芯镶件进行处理，增加定位台阶。如图4所示。

图3创建模具零件型腔                  图4侧抽芯镶件

2.2分型面的设计

塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则：

(1)分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。 

(2)分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。

(3)分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。 

此模具成型零件包括:上、下2个型腔、4个侧型芯，分型面为分割上下型腔的主分型面。主分型面的设计稍微复杂些，可先用复制和拉伸生成单个曲面，然后再通过多次合并而得，如图5所示：

图5主分型面

2.3浇注系统设计

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口等组成。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模一腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：

（1）浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。 

（2）浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。

（3） 系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。 

（4）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。 

（5） 浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。

1、主流道的设计

注射机喷嘴到分流道的进料通道,是塑料熔体进入模具最先经过的部位,其形状、大小直接影响塑料的流动速度和填充时间，主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和在开模时凝料的顺利取出。

主流道的尺寸：

1) 主流道的长度：模具l 应尽量合理 ，本次设计中初选95mm进行设计。

2) 主流道小端的直径：d=注射机的喷嘴尺寸+（0.5--1）mm =(3+0.5)=3.5mm

3) 主流道大端直径：  d =d+2l tan 5mm   式中

4) 主流道球面半径：

5) 球面的配合高度：h=3mm

6) 为使主流道中的熔料顺利的流入分流道，可在出料口的末端设计      半径r=3mm。

2、分流道的设计

分流道是连接主流道和浇口的进料通道,其作用是通过浇道截面及方向变化,使熔体平衡地转换流向,进入模具型腔,分流道的截面应尽量使比表面积小、热量损失小、摩擦阻力小。

（1）、分流道的布置形式 在设计时应考虑尽量减少流道内的压力损失尽可能的避免熔体的温度降低，同时还要考虑分流道的压力平衡，应此 采用平衡式分流道。

（2）、分流道的形状

流道的截面形状会影响到塑料在浇道中的流动以及流道內部的熔融塑料的体积。常用的有圆形、梯形、u形、六角形，为了便于加工和凝料脱模分流道大多设计在分型面上。本设计采用u形截面，其加工工艺 好 且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。

（3）、 分流道的长度

分流道的长度应尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热量损失。当分流道设计得比较长时，其末端应有冷料穴，以防前锋冷料堵塞浇口或进入模腔，造成充模不足或影响塑件的熔接强度。

根据结构设计取其长度

（4）、分流道的表面粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度不能太低，一般了ra1.6um左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层。

3、浇口的设计

浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，调节控制料流速度、补料时间、及防止倒流等作用。浇口形状、尺寸和进料位置直接影响塑件成型质量。因此正确设计浇口是提高塑件质量的重要环节。总的要求是：使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭，因此浇口截面要小，长度要短，这样可以增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显浇口痕迹，从而保证塑件外观质量.此外浇口设计需遵循下述原则:

(1) 浇口尺寸及位置选择应避免熔体破裂而产生的喷射和蠕动(蛇形流)。

(2) 浇口位置应有利于流动、排气和补料。

(3) 浇口位置应使流程最短,料流变向最少,并防止型芯变形。

(4) 浇口位置及数量应有利于减少熔接痕和增加熔接强度。

(5) 浇口位置应考虑定位作用对塑件性能的影响。

(6) 浇口位置应尽量开设在不影响塑件外观的部位如浇口开设在塑件的边缘、底部和内侧。

根据分析结果，可以采用如下几种浇口类型。

方案一：在塑件顶部中心位置采用直接浇口直接进料，熔体压力损失小，成型容易，常用于成型大而深的塑件。由于该注塑件外观要求光滑、美观。而直接浇口一般用于一模一腔,且浇口处易产生裂纹，浇口凝料切除后在塑件上所留疤痕较大，故塑件成型后塑件表观质量不是很好。

方案二：采用侧浇口直接开设在模具分型面上，从注塑件的边缘进料。其截面形状简单、易于加工、便于试模后修正，但易在塑件的外表面留有浇口痕迹。且浇口不是开设在注塑件的最佳浇口区域，故塑件成型质量不是很好，内部易产生，气孔、气泡等缺陷。

方案三：采用潜伏浇口，即在推杆上开设二次浇口，使二次浇口的未端与塑件内壁相通，可避免浇口痕迹，成型后塑件处观质量较好，但浇口压力损失大，必须提高注射压力。且浇口加工困难。

方案四：采用点浇口进料，浇口附近变形小，容易平衡浇注系统，浇口截面小，成型后对塑件外观质量影响不大，适合三板式模具，宜用于成型流动性能较好的热塑件塑料。

在本设计中塑料制件质量较大，abs流动性较好，有较好注射工艺性，所以为了确保各制件的质量，塑件利用旋转在上型腔上切出主流道，再利用流道设计分别生成潜伏式分流道及浇口。如图7所示。

图7潜伏式浇口

2.4排气系统的设计

塑料熔体在注入型腔的同时，必须置换出型腔内的空气和从熔体中逸出的挥发性气体。

注射模组成部分的排气槽如果设计不合理，将会产生如下弊病：

（1） 增加熔体充模流动的阻力，是型腔无法被充满，导致制件棱边不清晰。

（2） 在制件上呈现明显可见的流动痕和熔接痕，使制件的力学性能降低。

（3） 滞留气体使制件产生银纹、气孔、剥层等表面质量缺陷。

（4） 型腔内气体受到压缩后产生的瞬时局部高温，使熔体分解变色。甚至炭化烧焦。

（5） 由于排气不良，降低了熔体的充模速度，延长了注射成形周期。

通常有三种排气方式：

①利用配合间隙排气；

②在分型面上开设排气槽；

③利用排气塞排气。

该模具可采用间隙排气的形式。

2.5模具成型零件工程图设计

1、型腔二维工程图

因此零件除了型腔外还有4个侧型芯，故型腔二维工程图有2个图。如图9、图10。

图9 型腔二维工程图

图10侧型芯二维工程图

2型芯二维工程图

图11 型芯二维工程图

三、导向机构及脱模机构的设计

3.1导向机构设计

1、导向机构的作用有：

（1）定位作用

在模具装配过程中也会起到定位的作用，即便于模具的装配和调整。

（2）导向作用

合模时，首先是导向零件接触，引导动、定模或上、下模准确闭合，避免型芯进入型腔造成成型零件的损坏。

（3）承受一定的侧向压力

塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧向压力或受成型设备精度低的影响，导柱将承受一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。

（4）除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。

2、导柱结构的技术要求

导柱的导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8～12mm，以免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔的情况。

导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱能顺利地进入导向孔。由于半球形加工困难，所以导柱前端形式以锥台形为多。

导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多用20钢（经表面渗碳淬火处理）或者t8、t10钢（经淬火处理），硬度为50～55hrc。

导柱固定部分的表面粗糙度为ra0.8um，导向部分的表面粗糙度为ra0.8～0.4um。

3、导柱的配合与安装

导柱固定端与模板之间一般采用h7/m6或h7/k6的过渡配合，导柱的导向部分通常采用h7/f7或h8/f7的间隙配合。

3.2脱模机构设计

1、脱模机构的设计原则

脱模机构是注射成型后,使塑件从凸模或凹模上脱出的机构。它是由一系列推出零件和辅助零件组成,可具有不同的的脱模动作。其设计原则：

(1) 保证塑件不因顶出而变形损坏及影响外观。在设计时必须分析正确分析塑件对模具粘附力的大小和作用位置,以便选择合适的脱模方式和恰当的推出位置,使塑件平稳脱出。同时脱出位置应尽量选择塑件内表面或隐蔽处,使塑件外表面不留推出痕迹。

(2) 为使推出机构简单、可靠,开模时应使塑件留在动模,以利于注射机移动部分的顶杆或液压缸的活塞推出塑件。

(3) 推出机构运动要准确、灵活、可靠,无卡死和干涉现象。机构本身应有足够的刚度、强度和耐磨性。

2、脱模力的计算

推出方式的确定

本模具制件脱模方式采用顶杆推动滑块脱模，

脱模力包括两部分，一部分为制品对型芯抱紧的脱模阻力qc，一部分为封闭壳体脱模需克服的真空吸力qb。

qc= 

式中 e——塑料的拉伸弹性模量（mpa），可取2.1mpa；

——塑料的平均成型收缩率，取0.68%；

υ——塑料的泊松比，取0.42；

kf——脱模斜度的修正系数，kf= ≈0.6；

f——制品与刚才表面之间的静摩擦因数，取0.3；

t——制品厚度，t为2mm；

h——型芯脱模方向的高度，h为21mm；

计算结果qc=286.2n。

qb=0.1ab=16n

式中ab——型芯的横截面积，可取160mm2。

所以，总的脱模力为2x（286+16）=604n。                                                 

3.3推杆的设计与计算

推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。

推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用是非常灵活的。

1）推杆尺寸计算：本设计采用的是推杆推动哈夫块将制件推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：

d=k( ) ≈5.2mm

式中  d——推杆直径；

n——推杆的数量，取6；

k——安全系数，取k=1.5；

l——推杆长度，根据模架高度，大约取80mm；

e—推杆材料的弹性模量，取e=2.1×10 mp

f —总的脱模力，f =604n。

对其进行强度校核，推杆材料为45号钢，式中许用应力为[ ]=58mpa

d≥         即d≥                                 

2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。此设计利用固定板固定。

3）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用复位杆复位机构。

所以，实际设计时推杆的直径采用6mm。

推杆的长度  

--型芯固定板的厚度 60mm

--推杆顶出制件的距离 20mm

--支承板的厚度   15mm

--推板的厚度，20mm

l=60+20+15+20=115mm

四、冷却系统设计

在注射成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率，一般模具内温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走而实现的。注射成型时模具温度稳定，冷却水速度均衡，可以减小塑件的变形。对于要求较低模温（一般低于80℃）的塑料，如聚乙烯、聚苯烯、abs等，仅需要设置冷却系统即可，因为通过调节水的流量就可以调节模具的温度,从而达到改善塑件质量的目的

4.1冷却系统的设计原则

1、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；

2、冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好；

3、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，d=8～12mm，l≥10mm，l1=（1～2）d，l2=(1～2)d。

4、浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳；

5、应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过5℃；

6、冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔；

7、合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。

4.2冷却管道的工艺计算

本冷却系统中采用水作为冷却介质，其进入模具的温度为20℃，从管道总流出的温度为27℃，模具温度保持40℃。要保持冷却水在管道内一直处于湍流状态，以增强冷却效果，同时可减小冷却管直径，减少成本。冷却管道的传热面积及管道数目的简易计算如下:

1、 塑件的成型周期为60s，模具的平均温度50℃.模具型腔布局一模二腔，所以在一小时内塑件产量为 ：

式中： ---一小时内塑件的产量(g)

----型腔数目， =2

---单个塑件的质量， =160g

t----塑件的成型周期，t＝60s

所以：w=3600/60×2h×160g=19200 g

2、热量q的计算

q=wq=19200×3.5×10                              

=67200×10 kj/h

式中 q1——pc单位质量放出的热量，abs的单位热量：      w——单位时间（每小时）内注入模具中的塑料质量，

3）. 求冷却水的体积流量

式中: ———所需冷却水的体积流量， ；

——冷却水出口温度, =27℃；

——冷却水入口温度, =20℃；

——冷却水平均温度 时水的密度，  =10 

c1----冷却水平均温度时水的比热容， ；c1=4.187 

所以:

3、求冷却管道直径d，为使冷却水处于湍流状态，取d=8mm。

4 、求冷却水在管内的流速度ν

式中: ———冷却介质的流速，m/s；

d———冷却管道的直径,d=8mm；

———冷却介质的体积流量， 。

所以:

(5) 求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数h.

式中: h---传热膜系数

---与冷却介质温度有关的物理系数，可查表；f=7.22;

----冷却介质在一定温度下的密度，  =996 （水温为30℃）;

----冷却介质在圆管中的流速，  v=0.09 m/s；

——冷却管道的直径， d=8mm;

所以:

=2.8×10 kj/( •h•℃)

(6) 求冷却管道总传热面积a

由教材中公式10-14 得：

既；

(7) 求模具上应开设的冷却管道的孔数n

式中:l—-冷却管道开设方向上的模具长度或宽度，l=0.3m

---冷却管道直径,  =0.008m

a---冷却管道总传热面积,a=0.14m

可得:

五、模架及其标准件的选用

5.1模架总体结构设计及其标准件的选用

注塑模模架国家标准有两个，即gb/t12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和gb/t12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者适用于模板尺寸为b×l≤560mm×900mm；后者的模板尺寸b×l为（630mm×630mm）～（1250mm×XXmm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准。

1、此模具模架方案

此模具采用ug模具专用系统，调人设计好的模具并进行正确定位，根据模具结构和注射工艺自动调用标准模架库结合制品的结构特点，此处模架选用futuba的250mmx300mm标准模架。然后模架组件里分别进行动模板、定模板及推板、定位环及浇口套、导向零件、顶杆等零部件的设计和元件装配。

2、模架各模板尺寸

(1)模板的确定

因为采用的是整体式型腔，由于受力作用，其强度和刚度必须足够大，考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔及哈夫块的推出等对模架强度、刚度的削弱作用，              可取250×300㎜尺寸的模板。

（2）模具高度尺寸的确定

各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：

①   型芯固定板厚度和支撑板厚度；在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若型芯固定板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏。本套模具属于中型模具，其板厚可相对取较小值，但为了安全，取型芯固定板的厚度为60㎜，支承板的厚度取 70mm,

②推杆推出距离；在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的主型芯高度为21㎜，所以当推出距离为21mm时就能使塑件和型芯分离。如果c板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯。需要满足关系：

h－h1－h2－h＞0                                                  

h——c板高度；90㎜

h ——推板厚度；15 ㎜                  

h ——推杆固定板厚度；20㎜

h——推出距离；21mm

由上分析，确定模架尺寸为250×300mm，型芯固定板的厚度为60㎜，支承板的厚度为48㎜，取上卸料板的厚度为20mm。上下 模座的高度取25㎜。

模具整体高度大约为270mm。      

5.2成型零件的安装及固定

1、模具的装配

安装步骤：

（1） 清理模板平面及定位孔，模具安装面上的污物、毛刺；

（2） 调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。去肘伸直时应先快后慢；

（3） 慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离，注意顶板不得直接与模体相碰，应留有5～10mm左右间隙，开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平稳、灵活、协调。复位机构动作是否协调正确；

（4） 模具装好后，待料筒及喷嘴温度上升到距订定温度20～30℃，即可校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧注射座定位螺钉，紧固定位；

模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活，定位装置是否能够有效作用。要注意以下方面：

①合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。、

②活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确可靠。

③开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。

④冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。

2、模具的试模

①加入原料

原料的品种、规格、牌号应符合产品图样中的要求，成形性能应符合相关标准的规定。原料一般要预先进行干燥。

②调整设备

按照工艺条件要求调整注射压力、注射速度、注射量、成形时间、成形温度等工艺参数。

③试模

将模具安装在注射机上，选用合格的原料，根据推荐的工艺参数调整好注射机，采用手动操作。开始注射时，首先采用低压、低温和较长的时间条件下成形。如果型腔未充满，则增加注射时的压力。在提高压力无效时，可以适当提高温度条件。试模过程中，应进行详细记录，将结果填入试模记录卡，并保留试模的样件

3、 成型缺陷及所采取的改正措施

在试模过程中，经常是以检验制品的表观质量及技术指标来验证模具的质量水平。成型制品质量的好坏，直接反映了模具的技术水平。

在注射过程中易产生的问题：

(1) 注射填充不足。原因及解决方法：

1) 注射机成型能力不够。

解决办法:更换额定注射量大的设备。

2) 流动阻力过大。

① 可能喷嘴阻力所致：解决办法:加大喷嘴直径，提高喷嘴温度，使用流动阻力较小的喷嘴。

② 主、分流道阻力所至：解决办法:加大主、分流道直径，改变分流道截面形状，尽量采用圆形、梯形等相似的形状。

③ 前锋所至，冷料穴未能将熔料前锋的冷料存储。而使其直接充入型腔内，妨碍熔体的流动。 解决办法:增加冷料穴数目、改变冷料穴位置或增大冷料穴尺寸方。

3) 型腔排气不良  模具的加工精度越高，排气显得越重要，尤其在模腔的转角处、深凹处。

解决办法:

① 增设顶杆，利用间隙排气。

② 在分型面上加工排气槽。

③ 在较深的凹陷部分使整体变为镶块。

④ 锁模力不足。注射时动模稍后退，塑件产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。

解决办法:应调大锁模力，保证生产合格塑件所需的料量。

(2) 毛刺过大

原因及解决方法：

1) 锁模力不足。由于模腔涨力大于合模力，在注射压力的作用下，动、定模之间产生缝隙因而产生毛刺。在满足要求的条件下适当地降低注射压力或者增大锁模力都可以解决。

2) 模具局部配合不佳。由于模具结构所决定的模具平行度不佳或锁模装置不良，产生左右不均衡现象。改变模具锁模结构，将模具分型面及镶块研合配作不严的部分重新研作。

3) 模板翘曲变形。因模板刚度不足，采用增大模板厚度或补加紧固螺钉等方法。

4) 注射过量。为了防止缩孔而注入过量的熔料，造成注射过量，产生毛刺。增加注射时间或增加保压时间来防止缩孔。

(3) 缩孔缺陷

原因及解决方法：

1) 压缩不足。当注射压力偏低的时候，不能将物料压缩到适当的密度，容易产生缩孔，应适当地提高注射压力。

2) 主流道、分流道及浇口截面过小，需增大浇口直径。

3) 模具冷却不均匀。模具温度高的部位缩孔严重，模具温度低较轻。可以通过调整模具局部温度的方法来改变缩痕出现。

产生的问题：

熔接痕

原因及解决方法：

成型的熔料汇合处产生的细线称为熔接痕。这个是低温熔料相汇合因不能完全熔合而产生的。

解决方法：

①提高注射压力，在高压注射下，使熔料的汇合表面得到最好的熔合强度。

②提高模具温度。使待熔合区域部分温度偏高，从而达到良好的自熔合。

③合理设置排气槽，在熔接处达到排气通畅，是熔料流动时先把空气或挥发成分排除掉。

④少用或不用脱模剂。因为表面涂有脱模剂时，一旦接合处的熔料前锋沾有脱模剂时，会因二者相互不熔合而造成接合逢加深、强度降低，使制品该部位开裂。 

(4) 塑件产生翘曲、弯曲、扭曲。

原因及解决方法：  

1) 由成形应变引起。因为成型收缩在方向上有差异以及壁厚的变化产生成型应变。

解决方法：

提高模具温度、提高熔料温度、降低注射压力、改善浇注系统的流动条件等以减少收缩率在方向上的差异。

2) 冷却不充分或不均匀。在制件未得到完全冷却的情况下被脱出型腔，因为形状不对称而产生非对称收缩，造成翘曲变形。

解决方法：

①延长塑件在模内的冷却时间，另外，适当降低模具温度。

产生的问题：

制件尺寸不符合要求。可以分为尺寸变大和尺寸变小。

原因及解决方法：

当尺寸变大，可能注射压力过高因为高压注射下产生过量充模，收缩率偏向小值，使制件的实际尺寸边大。也有可能模具温度较低，事实上使熔料在较低温度的情况下成型，收缩率也便向小值。

解决方法：

a、 减少注射压力。

b、 增加模具温度。

5.3模具三维分解图及其工作原理

1、模具三维视图

图13三维爆炸视图

2、工作原理

模具工作过程:开模时定模板与动模板从分型面处分开，动模向后运动，浇注系统的冷凝料及塑料制品一起向后运动，当主流道中的冷凝料完全拉出一段距离后，注射机的顶杆作用在下推板向上，使得浇注系统中的冷凝料和塑料制品连接套筒一起推出，完成脱模过程;合模时注塑机顶杆复位，顶杆固定板回到初始状态，动、定模完全闭合，回到成型位置，进入下一个工作循环。

六、模具零件材料的选用

模具材料的使用性能将直接影响模具的质量和使用寿命,模具材料的工艺性能将主要影响模具加工的难易程度、加工质量和生产成本。为此,应合理选择模具材料,改进热处理工艺,选用适当的表面处理技术、合理地设计模具结构、加强对模具的维护等措施,来稳定和提高模具的使用寿命,防止模具的早期失效。成型零件材料的选择应遵循以下原则：

(1) 机械加工性能良好。要选用易于切割，而且在加工后能得到高精度零件的钢种。为此，以中碳钢和合金刚最常用。

(2) 抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需抛光达到镜面， ，要求钢材硬度35～40hrc为宜，过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应该均匀致密，较小杂质，无瑕疵和针点。

(3) 耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热交变的温度应力作用。一般的高碳合金钢，可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂痕，不宜采用。所选钢种应使注射模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到批量生产的使用寿命期限。

导柱、导套的材料选择：导柱、导套应有足够的强度和耐磨度，采用t10a，经淬火处理，硬度≥55hrc，其表面粗糙度为ra1.6um。

凸模、型芯、凹模的材料选择：成型零件要求强度高、耐磨性好、抗腐蚀性好、热处理变形小。采用40cr.淬火、低温回火,硬度≥55hrc。

各种模板、推板、固定板、模座的材料选择：对于模板、推板、固定板，需要具有一定的强度和刚度，选用45钢，调质处理，硬度大于200hbs。

主流道衬套、顶杆、拉料杆材料选择：主流道衬套选用t8a钢，淬火硬度≥52hrc。顶杆、拉料杆选用45，淬火，硬度43～48hrc。

七、模具总装工程图设计

结论

ug软件的模具设计理念，使设计更方便化，已成为全世界最普及的3d cad/cam系统之一。对于模具的设计流程来说:①采用ug进行该模具的计算机辅助设计，可以快速生成其型腔和型芯，有效帮助设计人员摆脱复杂的空间想象，提高设计效率，其提供的三维模型设计，以及在检测优化方面代替了传统上许多设计步骤，设计过程中可以直接修改模型，形成的产品合乎设计理念中流线型外观，在很大程度上缩短了产品开发周期;②在传统的模具设计过程中，基本上都使用2d模式，ug的外挂模块以全新的界面为模具设计者提供了快捷、方便的设计工具，大大缩短了模具设计周期，提高了模具设计的准确性，降低了模具设计成本;③在绘图模块下，借助于生成的三维模型，可以很方便地自动生成工程图中的各个视图，然后把生成的工程图转化为dwg格式，与autocad等绘图软件进行图形文件交换，由3d模型转换为iges格式，并与mastercam等加工软件进行图形文件交换，从而实现模具的cad/cam o

常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。 在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用cad软件就是一例，新的工具的利用，提高了工作效率。 

以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。 具体运用手段有：1、运用ug三维造型技术对支架，进行实体建模。2、运用ug的制造模块中的模具型腔对塑件进行型腔分型。3、运用autocad的外挂燕秀自行设计模架，调用模具标准件、水管接头等附件。

经过本次的毕业设计，让我对先前所学的知识进行了一个系统的回顾和复习，对制图软件更加熟练。学会了怎样查阅资料解决问题，让我对模具行业有了一个更深刻认识。模具cad、ug技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。  

最后，通过毕业设计的又一次锻炼完全清楚：充分利用cad、ug技术进行设计，在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。同时在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美的模具。

参考文献

[1]、屈.塑料成型工艺与模具设计(第二版)[m] .北京：高等教育出版社,

[2]、模具设计大典编写组.模具设计大典﹝第二卷﹞[m] .江西：江西科技出版社

[3]、杨.pro-e/engineer wildfire3.0产品造型与模具设计案例精解[m].北京;高等教育出版社

[4]、彭. 基于pro/e的连接套筒注射模设计 [j] .模具制造.10

[5]、欧；彭：《pro/e项目项目实力教材》  清华大学出版社

[6]、葛xx主编：《 pro/e注塑模具设计实列教程》 化学工业出版社 XX年

致谢

本次毕业设计中查阅了各种有关模具方面的相关资料，向老师、同学请教了许多有关模具的问题，通过相互之间的交流探讨，使我对模具的设计,总体结构有了更加深刻的认识。通过这次毕业设计将对我经后从事模具设计方面的工作和个人的发展有着十分重大的意义。

在这次设计过程中得到了老师他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，谢老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持的精心指导和其他同学的帮助，促使我设计能顺利进展，本人受益匪浅。

论文即将完成，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们！在此，对关心和指导过我的老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢！