外壳注塑模具设计

目 录

1 工艺性能分析和结构方案的确定和所需设备的校核 ........................... 1 1.1 工艺性能分析和模具方案的确定 .......................................... 1

1.1.1 工艺性能分析 .................................................................. 1 1.1.2 确定模具结构方案............................................................... 2

1.2 注射机型号的选定及校核 ................................................ 2

1.2.1 注射量的计算 .................................................................. 3 1.2.2 锁模力的计算 .................................................................. 3 1.2.3 选择注射机 .................................................................... 3

2 浇注系统的设计和排溢系统的设计 ......................................... 4 2.1 主流道的设计 .......................................................... 4

2.1.1 主流道的设计 .................................................................. 4 2.1.2 浇口的设计 .................................................................... 5 2.1.3 分流道的设计 .................................................................. 6 2.1.4 冷料穴的设计 .................................................................. 6 2.1.5 排溢系统的设计 ................................................................ 7

3 成型零部件的设计 ....................................................... 7

3.1 凹模（型腔）的设计 ..................................... 错误！未定义书签。

3.1.1 凹模直径 ..................................................... 错误！未定义书签。 3.1.2 凹模深度（圆柱部分） .......................................... 错误！未定义书签。

I

3.2 凸模（型芯）的设计 ..................................... 错误！未定义书签。

3.2.1 凸模径向尺寸 ................................................. 错误！未定义书签。

3.3 成型塑件侧面型芯的设计 ................................. 错误！未定义书签。 4 侧抽和内抽机构的设计及校核 ............................................. 7 4.1 浇注系统凝料的脱出 .................................................... 7 4.2 推出方式的确定 ........................................................ 7 4.3 侧抽零件的设计 ........................................................ 8

4.3.1 抽芯距S的计算 ......................................................... 8 4.3.2 斜销有效长度L的计算 ........................................................... 8 4.3.3 斜销的直径d ................................................................... 8 4.3.4 斜销长度的计算 ................................................................ 9

5 模架的设计 ............................................................ 10

5.1 模架的设计和对其的校核 ............................................... 10

5.1.1 模架的选择 ................................................................... 10 5.1.2 定模座板的设计 ............................................................... 10 5.1.3 侧抽芯滑块的设计.............................................................. 10 5.1.4 型芯固定板的设计.............................................................. 11 5.1.5 垫板的设计 ................................................................... 11 5.1.6 垫块的设计和校核.............................................................. 11 5.1.7 动模座板的设计 ............................................................... 11

6 推出机构和复位机构的设计 .............................................. 11 6.1 推出机构和复位机构的设计 ............................................. 12

6.1.1 脱模力的计算 ................................................................. 12

II

6.1.2 拉杆直径的确定 ............................................................... 12 6.1.3 推件机构导向的设计 ............................................................ 13 6.1.4 复位机构的设计 ............................................................... 13

7 冷却系统的设计和校核 .................................................. 13 7.1 冷却水道的设计 ....................................................... 13

7.1.1 冷却水道的选择 ............................................................... 14 7.1.2 冷却水的体积流量.............................................................. 14 7.1.3 冷却管道直径的确定 ............................................................ 14 7.1.4 冷却水在管道中的流速 .......................................................... 15 7.1.5 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热模系数 .......................................... 15 7.1.6 冷却管道的总传热面积 .......................................................... 15 7.1.7 模具上应开设的冷却水孔数 ...................................................... 15

参 考 文 献 ............................................................. 15

III

1 工艺性能分析和结构方案的确定和所需设备的校核

1.1 工艺性能分析和模具方案的确定

1.1.1 工艺性能分析

图1.1 零件图

（1）形状：如图所示，该制件为塑料外壳，外形尺寸直径为Φ108mm，壁厚为3mm，高为16mm，形状为圆形壳体。

（2）性能：所设计塑件材料为尼龙1010，聚酰胺类塑料在分子结构中含有亲水的聚酰基，是一种吸湿性材料，，化学稳定性较好，机械强度较好。吸水性较小，平均吸水率为0.8%—1.0%。为了顺利的成型，事先必须进行干燥，促使水分降至0.3%以下，干燥是最好用真空干燥。

表1.1 干燥参数

1

真空度 1333Pa

烘箱温度 90—110℃

料层厚度 25mm以下

干燥时间 8—12h

水分含量 0.1%—0.3%

1.1.2 确定模具结构方案 （1） 成型方式的确定

由于聚酰胺为结晶性塑料，流动性好，成型收缩率较大，所以采用注射成型。 （2） 确定分型面

考虑到外壳的形状、大小和PA的流动性，采用矩形侧浇口，其优点是截面形状简单、易于加工、便于试模后修正，并采用单分型面，瓣合内抽结构。

图1.2 分型面示意图

（3） 确定型腔数目 估算塑件的质量：

取ρ=1.045g/cm3， 那么mn=ρ1.0451.127211.78g

v：由三维造型软件确定塑件体积为11272mm3

考虑到塑件的尺寸较小，在此采用一模两腔。

1.2 注射机型号的选定及校核

2

1.2.1 注射量的计算

通过计算可知，塑件质量mn=11.78g，流道凝料的质量m2=0.5mn，上述确定为一模两腔，所以注射量m=2（1+0.5）×mn=3×11.78=35.34g。 1.2.2 锁模力的计算

流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2，根据分析，A2是塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍—0.5倍，因此可用0.35A1。 A=A1+A2=A1+0.35 A1=1.35×29.5×π=3689mm所以F=P腔A=30×3689=110.67KN 型腔压力P取30MPa 1.2.3 选择注射机

根据每一周期的注射量和锁模力的计算值，可选用选用XS-ZY-125卧式注射机，因为螺杆在注射机中既可旋转又可前后移动，能够胜任塑料的塑化、混合和注射工作，这一点远胜于柱塞式注射机，在动力熔融作用下，强烈的搅拌与剪切作用不仅有利于熔体混合均匀，而且避免了波动的机筒温度对熔体温度的影响，因此能得到良好的塑化效果。

表2.1 注射机的主要技术规格：

理论注射量（g/cm） 螺杆直径（mm） 注射压力（Mpa） 定位孔径（mm）

3

22

125 42 119 100

锁模力（KN） 模板行程（mm） 最大模具厚度（mm） 最小模具厚度（mm）

900 300 300 200

3

（1） 注射有关参数的校核

1）注射量的校核

M=n mn+mj≤0.8 mg

2×（1+0.5）×11.78=35.34<0.8×250=200 注射量符合要求 2）注射压力的校核

取PA的注射压力为P0=90Mpa为保证足够的注射压力，取系数K=1.3 Pe≥K P0=1.390=117MPa 而pe =130MPa 注射压力校核合格。 3）锁模力的校核

取压力损耗系数K=0.3，注射机的实际注射压力F=900×0.7=630KN，所需的锁模力F= 110.67KN,锁模力校核合格，其他安装时的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。

2 浇注系统的设计和排溢系统的设计

2.1 主流道的设计

2.1.1 主流道的设计

（1） 主流道通常设计成圆锥形，其锥角α=2°~4°，取为3°。内壁表面粗糙度一般

为Ra=0.63μm。

（2） 为防止主流到与喷嘴处溢料，主流道对接处制成半球形凹坑，其半径 R2=R1+

（1~2）=13㎜，其小端直径d2=d1+（0.5~1）=5 ㎜。凹坑深取h=4 ㎜。

4

图2.1 浇口套示意图

（3） 为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径取r=2

㎜。

（4） 在保证塑料良好成型的前提下，主流道L应尽量短，否则将增多流道凝料，且增

加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。一般L≤60㎜，可初定L=50 mm。

（5） 由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此常将主流道制成可拆卸的

主流道衬套，便于用优质钢材加工和热处理。 2.1.2 浇口的设计

（1）由于考虑到塑件的外观尺寸和塑件的形状，则选用矩形侧浇口如图

图2.2 模型图

（6） 尺寸的确定

根据经验公式：h=nt

查表取n=0.8 h=nt=0.8×3.2=2.56mm

5

取h=1.0mm 浇口宽度

b式中 A——为塑件外表面面积，mm

nA30 mm

bnA300.880822.39mm,取2.5mm

30浇口长度取L=2.0mm 2.1.3 分流道的设计

参考塑料成型加工与模具，知圆形和正方形流道效率最高，分型面为平面时常采用

梯形浇口，因此本设计采用梯形截面流道。

① 分流道长度，取L=10mm

② 分流道尺寸，查参考文献6，取D=4mm ③分流道表面的粗糙度

分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度通取Ra=2.5μm ④ 分流道与浇口的连接形式采用圆弧连接 2.1.4 冷料穴的设计

由于取凝料不需要侧向移动，为实现自动化操作，将凝料与塑件一起推出动模，故采用钩形头冷料穴如图

6

图2.3 冷料穴

2.1.5 排溢系统的设计

成型型腔体积比较小，气体会沿着分型面和斜滑块与固定板之间的间隙向外排出。

3 侧抽和内抽机构的设计及校核

3.1 浇注系统凝料的脱出

按安装方式，型腔数目和结构特征以及所选用的矩形侧浇口确定注射模具选用瓣合单分型面。主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上。开模后由于动模上拉料杆的拉料作用以及塑件因收缩包紧在型芯上，制品连同流道内的凝料一起留在动模一侧，动模上设置推出机构，用以推出制件和流道内的凝料。

3.2 推出方式的确定

由于制件需要内抽机构来完成最终的脱模及推出。所以，塑件成型后，穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在一起，拉料杆固定在推杆固定板上。开模时，拉料杆通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后随推出机构运动，同时顶杆推动内抽斜滑块，完成内抽，使凝料与塑件一起推出动模。这种机构便于实现自动化可提高生产效率。

7

3.3 侧抽零件的设计

3.3.1 抽芯距S的计算

S(D/2)2(d/2)2 +（2~3）=26.52252+（2~3），取11mm

3.3.2 斜销有效长度L的计算

斜销的倾角α=20°

LS1132.3mm SinSin203.3.3 斜销的直径D

采用瓣合结构，侧抽芯力的计算： 制件为圆环×2形断面时，所需脱模力

F2rESL(ftan)0.1A

(1K1)K2式中：

K——无量纲系数，其值随λ与φ而异，λ=r/δ, K从表中选取为8.527

11K2——无量纲系数，其值随f与φ而异，K2从表中选取为1.0335

E——塑料的弹性模量，从附录中选取为1800MPa

S——塑料的平均成型收缩率，从相关材料中选取为1.5%

L——制件对型芯的包容长度为0.5mm f——制件与型芯之间的摩擦因数查为0.31 ——模具型芯的脱模斜度为0.5o

r——型芯的平均长度为27.5

8

——塑料的泊松比查表的为0

A——盲孔制品型芯在垂直与脱模方向上的投影面积

计算得，之间所需的脱模力F449N

HWLcos32.3cos2030.4mm

最大弯曲力FW，查表得FW1KN

由FW1KN，20，HW30.4mm，查表的斜销的直径d=12mm

3.3.4 斜销长度的计算 斜导柱长度可按下列公式计算

LL1L2L3L4L5 1h1SDtandtan(5~10)2cos2sin式中 L——斜导柱总长度；

D——斜导柱固定部分大端直径； S ——抽拔距；

h——斜导柱固定板厚度； d——斜导柱直径； ——斜导柱倾斜角。

14511117tan2012tan20(5~10),取L95mm 2cos202sin20L9

4 模架的设计

4.1 模架的设计和对其的校核

4.1.1 模架的选择

由于该制件的结构复杂，需要侧抽及内抽，没有标准的模架可以选用，就需要参考标准并通过计算来确定。 4.1.2 定模座板的设计 定模座板同时也是型腔板 1.型腔板侧壁的厚度（组合式）：

Sr2P1 (5.1) 式中 ——型腔材料的许用应力，MPa，一般中碳钢=180 MPa。

18013.15mm

180230S29.52.圆形型腔底部厚度（组合式）：

1.22pr2 t （5.2）

式中 p—— 塑料熔体对型腔的压力，MPa。

t1.223029.5213.3mm

180根据塑件大小、型腔数、脱模方式，取定模座板的尺寸B×L×H=315×250×45mm 4.1.3 侧抽芯滑块的设计

10

侧抽芯滑块用来成型制件的侧表面，其厚度与与侧抽芯距有关，尺寸为如零件图所示。

4.1.4 型芯固定板的设计 该板用来固定型芯，取厚度为32mm 4.1.5 垫板的设计

参考标准模架，取垫板的尺寸为：250×250×40mm 4.1.6 垫块的设计和校核

C为垫块尺寸，C=推出行程+推杆固定板厚度+（5～10）

=12+30.4+16+（5～10）=63.4～68.4 所以垫块厚度C取80mm，宽度取50mm 4.1.7 动模座板的设计

取动模座板的尺寸的315×315×35mm

从设计模架可知，模架外形尺寸：宽×长×高=315×315×259.5mm 模具高259.5，200﹤257.5﹤300故，合格。 模具开模所需行程

S=H1+H2+(5～10)mm （5.3）

式中 H1——塑料脱模需要的顶出距离；

H2——塑件的厚度。

S=58+42.4+(5～10)mm=105.4～110.4mm﹤300mm(注射机开模行程)

其他参数在前面校核均合格，所以本模具所选注射机完全合格，满足使用要求。

6 推出机构和复位机构的设计

11

6.1 推出机构和复位机构的设计

6.1.1 脱模力的计算

制件为圆环×7形断面时，所需脱模力为

F2rESL(ftan)0.1A

(1K1)K2式中：

K——无量纲系数，其值随λ与φ而异，λ=r/δ, K从表中选取为8.028

11K2——无量纲系数，其值随f与φ而异，K2从表中选取为1.0335

E——塑料的弹性模量，从附录中选取为1800MPa

S——塑料的平均成型收缩率，从相关材料中选取为1.5%

L——制件对型芯的包容长度为7mm f——制件与型芯之间的摩擦因数查为0.31

——模具型芯的脱模斜度为0.5o

r——型芯的平均长度为27.5

——塑料的泊松比查表的为0

A——盲孔制品型芯在垂直与脱模方向上的投影面积

计算得，之间所需的脱模力F1010N 6.1.2 拉杆直径的确定 根据压杆稳定公式，推杆的直径

12

L2F dKnE4式中 K——安全系数，查表得K=1.5

L——拉杆的长度，取L=137.5 F——脱模力，上述求得F1010N

n——拉杆数目，n为1根

E——钢材的弹性模量为210000MPa 计算得d4.6mm，取6mm

对于拉杆直径进行强度校核

F10108.9MPa119MPa 22D6所以拉杆直径校核合格

6.1.3 推件机构导向的设计

侧抽芯依靠斜导柱进行导向，由于该制件的结构特殊，不需要其它的导向结

构。

6.1.4 复位机构的设计

其作用是使完成推出任务的推出零部件回复到初始位置，模具图中采用弹簧复

位，将弹簧套在一定拉杆上，由于塑件质量轻、结构特殊、复位力要求小，并且结构简单、价格低廉，故可只采用弹簧复位。

7 冷却系统的设计和校核

7.1 冷却水道的设计

13

7.1.1 冷却水道的选择

塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率，要得到优质产品，模具必须进行温控。但对于尼龙来说，模具温度在40~80℃，可利用熔融塑料传给模具的余热来解决。在模具上不需设置加热装置，但必须设置冷却装置，缩短成型冷却时间，提高生产效率。由于塑件的投影面积较大，故选用直流冷却回路。 7.1.2 冷却水的体积流量

qvWQ10.09426505.02103m3/min

c1121004.187(2320)式中 qv——冷却介质的体积流量，m3/mm；

W——单位时间（每min）内注入模具内的塑料质量（kg/min）

按每分钟注射两次：45.21290.4；

Q1——单位质量的塑件在凝固时所放出的热量，查表得：6500kJ/kg；

——冷却水的密度（100kg/m3）；

c1——冷却水的比热容：(4.187kJ/kgC)；

1——冷却水的出口温度（23C）； 2——冷却水的入口温度（20C）。

7.1.3 冷却管道直径的确定

为了使冷却水处于湍流状态，有考虑到塑件尺寸以及推出系统的结构查表得：

d=8mm，冷却水道所选位置如图

14

图7.1 冷却管道

7.1.4 冷却水在管道中的流速

v4qv3600d245.020.0011.67m/s1.66m/s 236000.008所以冷却水为湍流状态，管道直径合格。 7.1.5 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热模系数

h7348(10.0155m)v0.551.6794264kJ/(m2hC)0.55

7348(10.01521.5)7.1.6 冷却管道的总传热面积

60WQ1600.09042650106A3300mm2

h94264(6021.5)7.1.7 模具上应开设的冷却水孔数

nA33002.2 dL3.14859为使模具冷却均匀，取冷却水孔数为2。

参 考 文 献

[1] 邹继强主编. 塑料模具设计参考资料汇编. 北京：清华大学出版社，2001 [2] 刘昌祺主编. 塑料模具设计. 北京：机械工业出版社，2003

15

[3] 潘淑清主编.几何精度规范学 . 北京：北京理工大学出版社，1998

[4] 贾润礼，程志远主编. 实用注射模设计手册. 北京：中国轻工业出版社，2001 [5] 唐志玉等编.塑料模具师指南.北京：国防工业出版社，2005 [6] 黄虹主编.塑料成型加工与模具.北京：化学工业出版社，2003

16