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關于注塑模有效冷卻系統(tǒng)設計的方法
摘要：在熱塑性注塑模設計中，配件的質量和生產周期很大程度上取決于冷卻階段。已經進行了大量的研究，目的是確定能減少像翹曲變形和不均勻性收縮等的不必要影響的冷卻條件。在本文中，我們提出了一種能優(yōu)化設計冷卻系統(tǒng)的方法?；趲缀畏治?，使用形冷卻概念來定義冷卻管路。它定義了冷卻管路的位置。我們只是沿著已經確定好了的冷卻水路來分析強度的分布特征和流體的溫度。我們制定了溫度分布作為最小化的目標函數(shù)，該函數(shù)由兩部分組成。它表明了兩個對抗性的因素是如何調解以達到最佳的狀態(tài)。預期的效果是改善零件質量方面的收縮和翹曲變形。
關鍵詞：逆問題 熱傳遞 注射模 冷卻設計
1 簡介
在塑料工業(yè)領域，熱塑性注射模應用非常廣泛。這個過程包括四項基本階段：加料、塑化、冷卻和脫模。大約整個過程的70%的時間都在進行產品的冷卻。此外，這一階段直接影響產品的質量。因此，產品必須盡可能統(tǒng)一冷卻達到最小化凹痕、翹曲變形、收縮和熱殘余應力等不必要影響的目的。為了達到這個目標需要的最有影響力的參數(shù)有冷卻時間、冷卻管路的數(shù)量、位置和大小、冷卻液的溫度以及流體和管道內表面的熱傳遞系數(shù)。
冷卻系統(tǒng)的設計主要基于設計師的經驗，但是新的快速成型工藝的發(fā)展使非常復雜的管路形狀制造成為可能，這是先前的經驗理論達不到的。所以冷卻系統(tǒng)的設計必須制定為一個優(yōu)化問題。
1.1 熱傳遞分析
由于參數(shù)隨溫度的變化，在注射工具方面熱傳遞的研究是一個非線性問題。然而，像熱導率和熱容量這些模具的熱物理參數(shù)在溫度變化范圍內都恒為定值。除了聚合物結晶的影響被忽視外，模具及產品之間的熱接觸阻力也常常被認為是常數(shù)。
溫度場的分布是在周期邊值條件下求解傅里葉方程得到的。這個演化過程可以分成兩個部分：一個循環(huán)部分和一個平均瞬時的部分。循環(huán)部分常常被忽略，因為熱滲透的深度對溫度場的影響不顯著。許多做著所使用的平均循環(huán)分析簡化了微積分學，但平均波動范圍在15%到40%之間。越接近水路的部分，平均波動范圍越高。因此，即使在靜止狀態(tài)，模擬瞬態(tài)熱傳遞也變的非常重要。在這項研究中，溫度的周期瞬態(tài)分析優(yōu)于平均周期時間的分析。
應該注意的是，在實際操作中，冷卻系統(tǒng)的設計應作為工具設計的最后一步。不過冷卻影響零件質量的最重要的因素，熱設計應該是工具設計的第一階段之一。
1.2 成型技術的優(yōu)化
在文獻中,各種優(yōu)化程序被使用,但都關注于相同的目標。唐孫俐使用了一種優(yōu)化程序,獲取了零件的均勻溫度分布，得到了最小坡度和最少冷卻時間。黃試著獲得均勻的溫度分布于零件和高生產效率下的最小的冷卻時間。林總結了模具設計在3個事實方面的目標。零件的冷卻均勻,就能達到預期的模具溫度，所以,接下來就可注射和減小周期時間。
冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)配置是均勻時間和周期時間的折衷。實際上，模具型腔表面和冷卻通道之間的距離越遠，則溫度分布的均勻性越高。相反,距離越短,聚合物的散熱速度越快。然而模具表面不均勻的溫度會導致零件的缺陷。達到這些目標的控制參數(shù)有管路的位置和大小,冷卻液流量和流體的溫度。
可以采用兩種方法。第一個是尋找管路的最優(yōu)位置以此盡量減小目標函數(shù)。這第二種方法是建立在一種形冷卻管路。林在冷卻通道的位置設計了一個冷卻管路。最佳冷卻條件(冷卻位置和管路大小)都是對冷卻線路的研究得到的。徐孫俐進行了更深一步的研究,把冷卻水路分成一個個單元并對每個冷卻單元進行優(yōu)化。
1.3 計算法則
方案的計算，數(shù)值方法是非常必要的。進行傳熱分析,可以通過邊界元素法或有限元素法。第一種方法的好處就是未知數(shù)量的計算要低于有限元素法。邊界元素法的唯一問題是網格劃分所花費的計算解決方案的時間短于有限元素法。然而這種方法只提供邊界問題的結果。在本研究中有限元法是首選，原因是零件的內部溫度需要制定為優(yōu)化問題。
為了計算能最小化目標函數(shù)的最優(yōu)參數(shù)，Tang et al.使用鮑威爾共軛方向搜索方法。Mathey et al使用了序列二次規(guī)劃算法,它是一基于梯度的方法。它不僅可以找到傳統(tǒng)的確定方法也可以找到進化方法。Huang et al用遺傳算法實現(xiàn)解決方案。這最后一種算法是非常耗時的因為它的計算范圍很廣。在實際操作中，模具設計的時間必須最小化，于是一個可以更快達到預期解決方案的確定性方法(共軛梯度)應優(yōu)先選擇。
2 方法論
2.1 目標
本文所描述的方法應用于一個T形零件的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設計 (圖1)。這種形狀在很多論文中都出現(xiàn)過，因此能比較容易做到。
Part: 零件 Mould: 模具
圖 1
基于零件的形態(tài)分析, Γ1和Γ3兩個表面分別介紹了零件的侵蝕和擴張(冷卻線) (圖1)。沿著冷卻水路Γ3邊界條件的導熱問題是第三類在無限的溫度條件下流體溫度的影響。優(yōu)化就是尋找這些流體的溫度。在優(yōu)化前使用冷卻線路阻止冷卻管路的數(shù)量和大小的選擇。這對于那些冷卻管路不直觀的復雜零件很有效。零件侵蝕線的位置對應于凝固聚合物的最小厚度,以便冷卻結束階段可以消除部分汽壓鑄模的損害。
2.2 目標函數(shù)
在冷卻系統(tǒng)優(yōu)化時，產品的質量應該是最重要的。因為最低冷卻時間被零件的厚度和材料性能所影響,因此在特定的時間達到最優(yōu)的質量是很重要的。
流體溫度直接影響模具及配件的溫度，且對湍流流體流量唯一的控制參數(shù)是冷卻液溫度。接下來, 優(yōu)化的參數(shù)就是流體溫度，且零件最優(yōu)分布的制定是在冷卻時期的最后階段由最小化的目標函數(shù)S確定的(方程(1))。S1時期的目標是要達到零件侵蝕部分的溫度水平。S2時期運用于許多工作中，旨在均勻零件表面的溫度分布,從而減少沿Γ2表面和零件厚度方向的熱梯度。這兩個步驟都是為了引入變量△Tfref。必須指出的是當ΔTfref→∞時參考標準會減少到第一時期。相反, 當ΔTfref→0第二個時期的比重會增加。
3 數(shù)值計算結果
數(shù)值計算結果是與Tang et al的理論結果比較而來的，他們認為T形零件的最佳冷卻是通過7個冷卻管道和冷卻劑的最佳流體流量的最佳位置的確定得到的。第一步是復制他們的結果(圖2的左部，)獲得下列條件(W= 0.75):T = 303K、流體流動速率Q= 364cm3 / s每個冷卻通道,t= 23.5 s。
圖 2
例1:冷卻管路與有限數(shù)目的渠道使流體溫度恒定。
冷卻系統(tǒng)中的7條管道和模具表面的平均距離(d = 1.5cm)是為了確定冷卻線Γ3 的位置。此外,Tang所提出的流體溫度傳熱系數(shù)是加給Γ3的擴張部分。
在插圖3中沿零件表面Γ2的溫度曲線是與脫模時間比較得來的。所有表面的溫度曲線都是沿逆時針方向繪制的,只是從A到B的部分。我們觀察到采用冷卻線的溫度值比采用7條管路更不均勻。因此用有限數(shù)目的通道計算出來的最佳冷卻配置計比冷卻線更好，這將作為一種參考。
圖3
例2: 在變流體溫度下的冷卻管路和ΔTfref→∞下的比重因子。
流體溫度T在方程1的最小目標函數(shù)下計算得到的，這里忽略了第二時期。結果如圖4和5所示。
圖 4
圖 5
在圖4中，侵蝕部分的溫度曲線很不均勻，比較接近我們脫模溫度。 然而在這兩種情況下最高值都保持在0.12m和0.14m之間，對應于的筋的頂部位置（圖1中的B1）。這些熱點是由于零件的幾何形狀產生的，很難冷卻。
然而在圖5中,我們注意到零件表面的溫度曲線比第一種情況更不均勻?？傊?第一部分對于零件表面的均與性還不夠完善，但達到預期的溫度水平是足夠
的。
例3：
圖 6
圖 7
S2階段的影響如圖6所示。這個階段使得零件的表面溫度均勻。實際上,在ΔT = 10 K的情況下，整個Γ2表面上的溫度都類似恒定的，除了之前解釋的熱點之外。然而對于ΔT的值,侵蝕時的溫度是不被接受的，因為平均氣溫過高(340K相對于理想水平 336 K)。接著第二階段提高分界面的均勻性,但對解決方案不利。使分界面的溫度均勻化，同時提取需要的所有熱通量,來獲得零件的理想溫度，如果這水平太低，將會成為對抗性的問題。最好的解決方案是質量和效率的統(tǒng)一。例如ΔT = 100K時零件的溫度比ΔT = 10 K時更不均勻。然而這種方案還是比Tang提出的方案更好。零件的最佳流體溫度曲線如圖8所示。
圖 8
4 結論
本文提出了一種確定冷卻線溫度分布優(yōu)化方法來獲得零件的均勻溫度場，從而得到最小的梯度和最短的冷卻時間。與參考文獻相比,顯示出了它的效率和效益。特別是它不需要指定冷卻通道的數(shù)量。對于確定管路的最少數(shù)量需要進一步比較已提出的最佳流體溫度曲線的解決方案。
參考文獻
[1] Pichon J. F. Injection des matières plastiques.Dunod, 2001.
[2] Plastic Business Group Bayer. Optimised mould temperature control. ATI 1104, 1997.
[3] S. Y. Hu, N. T. Cheng, S. C. Chen. Effect of cooling system design and process parameters on cyclic variation of mold temperatures simulation by DRBEM, Plastics, rubber and composites proc. And appl., 23:221-232, 1995
[4] L. Q Tang, K. Pochiraju, C. Chassapis, S. Manoochehri. A computer-aided optimization approach fort he design of injection mold cooling systems. J. of Mech. Design, 120:165-174, 1998.
[5] J. Huang, G. M. Fadel. Bi-objective optimization design of heterogeneous injection mold cooling systems. ASME, 123:226-239, 2001.
[6] J. C. Lin. Optimum cooling system design of a freeform injection mold using an abductive network. J. of Mat. Proc. Tech., 120:226-236, 2002.
[7] E. Mathey, L. Penazzi, F.M. Schmidt, F. Rondé- Oustau. Automatic optimization of the cooling of injection mold base don the boundary element method. Materials Proc. and Design, NUMIFORM, pages 222-227, 2004.
[8] X. Xu, E. Sachs, S. Allen. The design of conformal cooling channels in injection molding tooling. Polymer engineering and science, 41:1265-1279, 2001.
畢業(yè)設計任務書
一.設計題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
圖如下：
二． 原始數(shù)據
1 尺寸公差按SJ1372—78，3級（參考塑料模設計資料一，表6-6）孔類尺寸為正公差，軸類尺寸公差為負公差；
2 尺寸公差為；
3 角度公差為
4 塑膠件表面光亮無劃傷痕跡；
5 生產批量為大批量。
三． 設計要求
1 盡量選用標準模架，在保證生產率和質量的同時，力求降低模具成本和使用壽命。
2 在保證模具強度的前提下，注意外形美觀和各部分協(xié)調。
3 所設計的模具要便于搬運和安裝，并且方便、可靠。
4 模具總裝配圖、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套等圖紙各一張。（其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）
四.設計目的
綜合運用在學校所學的理論知識和技能，設計汽車儀表/電子計時器等塑料模具，使學生熟悉設計開發(fā)模具的流程，培養(yǎng)學生的獨立思考能力，檢驗學生的學習效果和動手能力，提高學生的工程實踐能力，為將來實際工作打下堅實的基礎。
五、設計圖紙
模具總裝圖一張、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套、型芯等所有非標準零件圖及電子文件（即*.doc/*.dwg/*.prt/*.asm文件，其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）。
六、設計說明書（要求不少于1萬字，）
1、資料數(shù)據充分，并標明數(shù)據出處。
2、計算過程詳細、完全。
3、公式的字母含義應標明，有時還應標注公式的出處。
4、內容條理清楚，按步驟書寫。
5、說明書要求用計算機打印出來。
七、整個設計資料包括：全套圖紙、設計計算說明書、設計任務書、設計筆記。
八、自選兩個重要模具成型零件編制加工工藝過程卡。
九、編制模塑成型工藝卡。
十、參考資料：
1、國家標準總局編《塑料模國家標準》 中國標準出版社，1999
2、陳萬林編著《塑料模具設計與制作教程》北京希望電子出版社，
2000
3、黃健求編《模具制造》 機械工業(yè)出版社，2001
4、黃毅宏編《模具制造工藝學》機械工業(yè)出版社，1996
5、王孝培編《塑料成型工藝及模具簡明手冊》機械工業(yè)出版社，2000
6、陳曉華、王秀英編《典型零件模具圖冊》機械工業(yè)出版社，2001
7、翁其金編 《塑料模塑工藝與塑料模設計》機械工業(yè)出版社，1999
8、塑料模具技術手冊編委會 《塑料模具技術手冊》機械工業(yè)出版社，1997
9、孫鳳勤編 《沖壓與塑壓設備》機械工業(yè)出版社，1997
10、黃銳編 《塑料工程手冊》機械工業(yè)出版社，2000
11、屈華昌編 《塑料成型工藝與模具設計》機械工業(yè)出版社，1995
畢 業(yè) 設 計 指 導 書
一、題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
二、明確設計任務，收集有關資料
1、了解畢業(yè)設計的任務、內容、要求和步驟，制定設計工作進度計劃（一般需６—８周）
2、將Pro/E零件圖,轉化為AUTOCAD平面圖，并標好尺寸
3、查閱、收集有關的設計參考資料
4、了解所設計零件的用途、結構、性能，在整個產品中裝配關系、技術要求、生產批量
5、塑膠廠車間的設備資料
6、模具制造技能和設備條件及可采用的模具標準情況
三、工藝性分析
分析塑膠件的工藝性包括技術和經濟兩方面，在技術方面，根據產品圖紙，主要分析塑膠件的形狀特點、尺寸大小、尺寸標注方法、精度要求、表面質量和材料性能等因素，是否符合模塑工藝要求；在經濟方面，主要根據塑膠件的生產批量分析產品成本，闡明采用注射生產可取得的經濟效益。
１、塑膠件的形狀和尺寸：
塑膠件的形狀和尺寸不同，對模塑工藝要求也不同。
２、塑膠件的尺寸精度和外觀要求
塑膠件的尺寸精度和外觀要求與模塑工藝方法、模具結構型式及制造精度等有關。
3、生產批量
生產批量的大小，直接影響模具的結構型式，一般大批量生產時，可選用一模多腔來提高生產率；小批量生產時，可采用單型腔模具等進行生產來降低模具的制造費用。
4、其它方面
在對塑膠件進行工藝分析時，除了考慮上述因素外，還應分析塑膠件的厚度、塑料成型性能及模塑生產常見的制品缺陷問題對模塑工藝性的影響。
四、確定成型方案及模具型式：
根據對塑膠零件的形狀、尺寸、精度及表面質量要求的分析結果，確定所需的模塑成型方案：制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結構、澆注系統(tǒng)等。
五、工藝計算和設計
1、 注射量計算：涉及到選擇注射機的規(guī)格型號，一般應先進行計算。對于形狀復雜不規(guī)則的制品，可以利用Pro/E的“分析/模型分析/模型質量屬性”來計算質量?；蛘卟捎霉浪惴ü烙嬎芰系挠昧浚员ＷC足夠的塑料用量為原則。
2、 澆注系統(tǒng)設計計算：這是設計注射模的第一步，只有完成澆注系統(tǒng)的設計后才能估算型腔壓力、注射時間、校核鎖模力，從而進一步校核所選擇的注射機是否符合要求。澆注系統(tǒng)設計計算包括澆道布置、主流道和分流道斷面尺寸計算、澆注系統(tǒng)壓力降計算和型腔壓力校核。
3、 成型零件工作尺寸計算：主要有凹模和型芯徑向（長/寬）尺寸和高度（深度）尺寸，其最大值直接關系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度則直接影響到制品精度。為計算方便，凡孔類尺寸均以其最小尺寸作為公稱尺寸，即公差為正；凡軸類尺寸均以其最大尺寸作為公稱尺寸，即公差為負；進行工作尺寸計算時應考慮塑料的收縮率和模具壽命（磨損裕量）等因素。
4、 模具冷卻與加熱系統(tǒng)計算：冷卻系統(tǒng)計算包括冷卻時間和冷卻參數(shù)計算。冷卻時間計算有三種方法，根據塑料制品形狀和塑料性能選擇適當?shù)墓竭M行計算即可。冷卻參數(shù)包括冷卻面積、冷卻水空長度和孔數(shù)的計算及冷卻水流動狀態(tài)的校核和冷卻水入口與出口處溫度差的校核。模具加熱工藝計算主要是加熱功率計算。
5、 注射壓力、鎖模力和安裝尺寸校核：模具初步設計完成后，還需校核所選擇的注射機注射壓力和鎖模力能否滿足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安裝，行程是否滿足模塑成型及取件要求。
六、進行模具結構設計
1、 確定凹模（模板）尺寸：先計算凹模（模板）厚度，再根據厚度確定凹模（模板）周界尺寸(長X寬),在確定凹模（模板）周界尺寸時要注意:第一,澆注系統(tǒng)的布置,特別是對于一模多腔的塑料模應仔細考慮模腔位置和澆道布置;第二,要考慮凹模上螺孔的布置位置;第三,主流道中心與模板的幾何中心應重合;第四, 凹模（模板）外形尺寸盡量按國家標準選取。
２、選擇模架并確定其他模具零件的主要參數(shù)：在確定模架結構形式和定模、動模板的尺寸后，可根據定模、動模板的尺寸，從《塑料模國家標準》GB/T 12555—1990 （塑料注射模大型模架）和GB/T 12556—1990 （塑料注射模中小型模架及技術條件）中確定模架規(guī)格。待模架規(guī)格確定后即可確定主要塑模零件的規(guī)格參數(shù)。再查閱標準中有關零部件圖表，就可以畫裝配圖了。
七、畫裝配圖
一般先畫主視圖，再畫側視圖和其他視圖。由于注射機大多為臥式的，故注射模也常按安裝位置畫成臥式，畫主視圖最好從凸凹模結合面（即分型面）開始，向左右兩個方向畫較為方便，且不易出錯。
模具裝配圖包括：
1、主視圖：繪制模具工作位置的剖面圖
2、側視圖：一般情況下繪制定模部分視圖，
3、俯視圖、局部剖視圖等。
4、列出零件明細表，注明材質和數(shù)量，凡標準件須注明規(guī)格。
5、技術要求及說明，包括所選注射機設備型號，所選用的標準模架型號，模具閉合高度，模具間隙及其它要求。
八、繪制各非標準零件圖
零件圖上應注明全部尺寸、公差與配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料、熱處理方法及其它要求。
九、編寫技術文件
1、編寫注射成型工藝卡片：根據塑料的成型特點，查閱有關資料，確定合理的注射成型工藝參數(shù)，并作成工藝卡片。
2、編寫加工工藝過程卡片：選取兩個重要模具成型零件，確定加工工藝路線，并作成加工工藝過程卡片
3、編寫設計說明書
畢業(yè)設計（論文）
開 題 報 告
（200 9 屆）
題 目
指導教師
院 系
班 級
學 號
姓 名
二〇〇九 年 三 月 二 日
一、選題的意義
模具設計工件是需要非常專業(yè)的知識和多年的經驗才能勝任的。隨著我國機械行業(yè)的飛速發(fā)展，模具設計工程師越來越短缺。已經嚴重制約了模具行業(yè)的健康發(fā)展。在廣東、浙江、上海、江蘇等地找到五年以上設計經驗的模具工程非常困難，而剛剛畢業(yè)的模具專業(yè)的學生又遠遠不能滿足企業(yè)的需要。通過本次畢業(yè)設計實踐， 采用CAD/CAM(MasterCAM、UG、Per/E)技術可以使設計者從繁沉計算和繪圖工件中得到解脫。采用人機結合，各盡所長，充分發(fā)揮其人的創(chuàng)造思維能力，控制設計過程，使模具設計趨于合理化。而計算機則發(fā)揮其計算分折和儲存信息的能力。兩者結合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，有利于獲得最優(yōu)的設計成果，縮短開發(fā)周期。采用CAE技術，可以實現(xiàn)在計算機上“試?！?，即對整個注射過程進行仿真分折’;抱括“填充、保壓、冷卻、纖維取向，結構應力和收縮，以及整個塑料封裝成型和熱固性塑料流動分折”預測未來產品可能纖維出現(xiàn)的缺陷，對存在的問題在設計階段予以解決，直至提出最優(yōu)的設計參數(shù)，使一次試模成為可能;實現(xiàn)并行工程，從而可以加快產品的開發(fā)進程，降低試模成本，提高生產效率。
二、研究的主要內容，擬解決的主要問題（闡述的主要觀點）
（1） 明確制品的幾何形狀及使用要求。對于形狀復雜的制品，有時除看懂其圖樣外，還需參考產品模型或樣品，考慮塑料的種類及制品的成型收縮率、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、允許變形范圍等范圍，即充分了解制品的使用要求，因為這不僅是模具設計的主要依據，而且還是減少模具設計者與產品設計者已意見分歧的手段。
（2） 估算制品的體積和重量及確定成型總體方案。計算制品重量的目的在于選擇設備和確定成型總體方案。成型總體方案包括確定模具的機構形式，型腔數(shù)目，制品成型的自動化程度，采用流道的形式（冷流道或熱流道），制品的側向型孔是同時成型還是后序加工，側凹的脫模方式等。
（3） 明確注射成型機的型號和規(guī)則。只有確定采用什么型號和規(guī)則的注射成型機，在模具設計時才能對模具上與注射機有關的結構和尺寸的數(shù)據進行校核。
（4） 檢查制品的工藝性。對制品進行成型前的工藝性檢查，以確認制品的各個細小部分是否均符合注射成型的工藝性條件。
三、研究（工作）步驟、方法及措施（思路）
塑件采用HIPS，HIPS的主要工藝性能有：
物理性能：HIPS的相對密度介于0.98~1.10之間，耐磨性好，沖擊強度比PS高。
熱性能： 熱變形溫度為64~92.5
電性能： HIPS電性能優(yōu)異，耐高頻絕緣性好。
力學性能：HIPS具有優(yōu)異的力學性能，包括拉升強度、壓縮強度和硬度，PP的主要力學性能數(shù)據為：
拉伸強度/MPa 14~48
壓縮強度/MPa 28~112
缺口沖擊強度（KJ/m2） 0.5~11.0
化學性能：HIPS的化學穩(wěn)定性好。
HIPS的主要缺點是：注射時應防止溢料，制品易產生內應力，易開裂。
HIPS的主要用途是：裝飾材料、容器、家用電器、建材等。
四、主要參考文獻
模具結構設計 模具設計與制造技術教育叢書編委會編 機械工業(yè)出版社 2003.10
模具設計與制造教程 陳萬林編 北京希望電子出版社 2001.1
模具制造 黃健求主編 機械工業(yè)出版社 2001.1
塑料模具設計 劉昌祺主編 機械工業(yè)出版社 1998.10
電火花技術在模具制造中的應用 駱駿等主編 化學工業(yè)出版社 2004.6
幾何公差與檢測 甘永立主編—5版 上?？茖W技術出版社
龍記集團大水口模架手冊（LKM）
塑料模設計手冊 《塑料模設計手冊》編寫組編 機械工業(yè)出版社 1999.8
注塑模具設計經驗點評 蔣繼宏 王永平編 機械工業(yè)出版社 2004.7
指導教師意見：
簽名：
年 月 日
系畢業(yè)設計（論文）工作指導小組意見：
簽名：
年 月 日
二級學院(直屬系)畢業(yè)設計（論文）工作領導小組意見：
簽名：
年 月 日
4
目 錄
引 言…………………………………………………………………………………1
畢業(yè)設計任務書……………………………………………………………………2
畢業(yè)設計指導書…………………………………………………………………4
設計說明書………………………………………………………………………5
一、設計題目………………………………………………………………5
二、設計過程………………………………………………………………9
（一）、塑件的分析及塑料的成型工藝性能…………………………………9
（二）、塑件的質量與體積計算………………………………………………10
（三）、型腔數(shù)目的確定………………………………………………………10
（四）、注射機的選擇…………………………………………………………11
（五）、成型部分的尺寸設計 ………………………………………………12
（六）、零件的加工工藝……………………………………………………16
（七）、模具加工工藝流程……………………………………………………18
（八）、澆注系統(tǒng)的設計……………………………………………………19
（九）、冷卻系統(tǒng)的設計……………………………………………………21
（十）、脫模機構的設計……………………………………………………22
（十一）、模架的選擇…………………………………………………………23
（十二）、壓力機的校核……………………………………………………24
（十三）HIPS(高抗沖聚苯乙烯)的成型條件………………………………25
（十四）、參考文獻…………………………………………………………26
設計體會…………………………………………………………………………27
引 言
本說明書為機械類塑料模注射模具設計說明書，是根據塑料模具設計手冊上的設計過程及相關工藝編寫的。本說明書的內容包括：畢業(yè)設計任務書，畢業(yè)設計指導書，畢業(yè)設計說明書，畢業(yè)設計體會，參考文獻等。
編寫本說明書時，力求符合設計步驟，詳細說明了塑料注射模具設計方法，以及各種參數(shù)的具體計算方法，如塑件的成型工藝，塑料脫模機構的設計。
本說明書在編寫過程中，得到有張蓉老師和相關同學的大力支持和熱情幫助，在此謹以致意。
由于本人設計水平有限，在設計過程中難免有錯誤之處，敬請各位老師批評指正。
畢業(yè)設計任務書
一.設計題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
圖如下：
二． 原始數(shù)據
1 尺寸公差按SJ1372—78，3級（參考塑料模設計資料一，表6-6）孔類尺寸為正公差，軸類尺寸公差為負公差；
2 尺寸公差為；
3 角度公差為
4 塑膠件表面光亮無劃傷痕跡；
5 生產批量為大批量。
三． 設計要求
1 盡量選用標準模架，在保證生產率和質量的同時，力求降低模具成本和使用壽命。
2 在保證模具強度的前提下，注意外形美觀和各部分協(xié)調。
3 所設計的模具要便于搬運和安裝，并且方便、可靠。
4 模具總裝配圖、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套等圖紙各一張。（其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）
四.設計目的
綜合運用在學校所學的理論知識和技能，設計汽車儀表/電子計時器等塑料模具，使學生熟悉設計開發(fā)模具的流程，培養(yǎng)學生的獨立思考能力，檢驗學生的學習效果和動手能力，提高學生的工程實踐能力，為將來實際工作打下堅實的基礎。
五、設計圖紙
模具總裝圖一張、動、定模板、凸模、凹模、定位圈、澆口套、型芯等所有非標準零件圖及電子文件（即*.doc/*.dwg/*.prt/*.asm文件，其中至少要有一張1號以上的計算機繪圖）。
六、設計說明書（要求不少于1萬字，）
1、資料數(shù)據充分，并標明數(shù)據出處。
2、計算過程詳細、完全。
3、公式的字母含義應標明，有時還應標注公式的出處。
4、內容條理清楚，按步驟書寫。
5、說明書要求用計算機打印出來。
七、整個設計資料包括：全套圖紙、設計計算說明書、設計任務書、設計筆記。
八、自選兩個重要模具成型零件編制加工工藝過程卡。
九、編制模塑成型工藝卡。
十、參考資料：
1、國家標準總局編《塑料模國家標準》 中國標準出版社，1999
2、陳萬林編著《塑料模具設計與制作教程》北京希望電子出版社，
2000
3、黃健求編《模具制造》 機械工業(yè)出版社，2001
4、黃毅宏編《模具制造工藝學》機械工業(yè)出版社，1996
5、王孝培編《塑料成型工藝及模具簡明手冊》機械工業(yè)出版社，2000
6、陳曉華、王秀英編《典型零件模具圖冊》機械工業(yè)出版社，2001
7、翁其金編 《塑料模塑工藝與塑料模設計》機械工業(yè)出版社，1999
8、塑料模具技術手冊編委會 《塑料模具技術手冊》機械工業(yè)出版社，1997
9、孫鳳勤編 《沖壓與塑壓設備》機械工業(yè)出版社，1997
10、黃銳編 《塑料工程手冊》機械工業(yè)出版社，2000
11、屈華昌編 《塑料成型工藝與模具設計》機械工業(yè)出版社，1995
畢 業(yè) 設 計 指 導 書
一、題目：
螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
二、明確設計任務，收集有關資料
1、了解畢業(yè)設計的任務、內容、要求和步驟，制定設計工作進度計劃（一般需６—８周）
2、將Pro/E零件圖,轉化為AUTOCAD平面圖，并標好尺寸
3、查閱、收集有關的設計參考資料
4、了解所設計零件的用途、結構、性能，在整個產品中裝配關系、技術要求、生產批量
5、塑膠廠車間的設備資料
6、模具制造技能和設備條件及可采用的模具標準情況
三、工藝性分析
分析塑膠件的工藝性包括技術和經濟兩方面，在技術方面，根據產品圖紙，主要分析塑膠件的形狀特點、尺寸大小、尺寸標注方法、精度要求、表面質量和材料性能等因素，是否符合模塑工藝要求；在經濟方面，主要根據塑膠件的生產批量分析產品成本，闡明采用注射生產可取得的經濟效益。
１、塑膠件的形狀和尺寸：
塑膠件的形狀和尺寸不同，對模塑工藝要求也不同。
２、塑膠件的尺寸精度和外觀要求
塑膠件的尺寸精度和外觀要求與模塑工藝方法、模具結構型式及制造精度等有關。
3、生產批量
生產批量的大小，直接影響模具的結構型式，一般大批量生產時，可選用一模多腔來提高生產率；小批量生產時，可采用單型腔模具等進行生產來降低模具的制造費用。
4、其它方面
在對塑膠件進行工藝分析時，除了考慮上述因素外，還應分析塑膠件的厚度、塑料成型性能及模塑生產常見的制品缺陷問題對模塑工藝性的影響。
四、確定成型方案及模具型式：
根據對塑膠零件的形狀、尺寸、精度及表面質量要求的分析結果，確定所需的模塑成型方案：制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)目和排列、成型零件的結構、澆注系統(tǒng)等。
五、工藝計算和設計
1、 注射量計算：涉及到選擇注射機的規(guī)格型號，一般應先進行計算。對于形狀復雜不規(guī)則的制品，可以利用Pro/E的“分析/模型分析/模型質量屬性”來計算質量?；蛘卟捎霉浪惴ü烙嬎芰系挠昧浚员ＷC足夠的塑料用量為原則。
2、 澆注系統(tǒng)設計計算：這是設計注射模的第一步，只有完成澆注系統(tǒng)的設計后才能估算型腔壓力、注射時間、校核鎖模力，從而進一步校核所選擇的注射機是否符合要求。澆注系統(tǒng)設計計算包括澆道布置、主流道和分流道斷面尺寸計算、澆注系統(tǒng)壓力降計算和型腔壓力校核。
3、 成型零件工作尺寸計算：主要有凹模和型芯徑向（長/寬）尺寸和高度（深度）尺寸，其最大值直接關系到模具尺寸大小，而工作尺寸的精度則直接影響到制品精度。為計算方便，凡孔類尺寸均以其最小尺寸作為公稱尺寸，即公差為正；凡軸類尺寸均以其最大尺寸作為公稱尺寸，即公差為負；進行工作尺寸計算時應考慮塑料的收縮率和模具壽命（磨損裕量）等因素。
4、 模具冷卻與加熱系統(tǒng)計算：冷卻系統(tǒng)計算包括冷卻時間和冷卻參數(shù)計算。冷卻時間計算有三種方法，根據塑料制品形狀和塑料性能選擇適當?shù)墓竭M行計算即可。冷卻參數(shù)包括冷卻面積、冷卻水空長度和孔數(shù)的計算及冷卻水流動狀態(tài)的校核和冷卻水入口與出口處溫度差的校核。模具加熱工藝計算主要是加熱功率計算。
5、 注射壓力、鎖模力和安裝尺寸校核：模具初步設計完成后，還需校核所選擇的注射機注射壓力和鎖模力能否滿足塑料成型要求，校核模具外形尺寸可否方便安裝，行程是否滿足模塑成型及取件要求。
六、進行模具結構設計
1、 確定凹模（模板）尺寸：先計算凹模（模板）厚度，再根據厚度確定凹模（模板）周界尺寸(長X寬),在確定凹模（模板）周界尺寸時要注意:第一,澆注系統(tǒng)的布置,特別是對于一模多腔的塑料模應仔細考慮模腔位置和澆道布置;第二,要考慮凹模上螺孔的布置位置;第三,主流道中心與模板的幾何中心應重合;第四, 凹模（模板）外形尺寸盡量按國家標準選取。
２、選擇模架并確定其他模具零件的主要參數(shù)：在確定模架結構形式和定模、動模板的尺寸后，可根據定模、動模板的尺寸，從《塑料模國家標準》GB/T 12555—1990 （塑料注射模大型模架）和GB/T 12556—1990 （塑料注射模中小型模架及技術條件）中確定模架規(guī)格。待模架規(guī)格確定后即可確定主要塑模零件的規(guī)格參數(shù)。再查閱標準中有關零部件圖表，就可以畫裝配圖了。
七、畫裝配圖
一般先畫主視圖，再畫側視圖和其他視圖。由于注射機大多為臥式的，故注射模也常按安裝位置畫成臥式，畫主視圖最好從凸凹模結合面（即分型面）開始，向左右兩個方向畫較為方便，且不易出錯。
模具裝配圖包括：
1、主視圖：繪制模具工作位置的剖面圖
2、側視圖：一般情況下繪制定模部分視圖，
3、俯視圖、局部剖視圖等。
4、列出零件明細表，注明材質和數(shù)量，凡標準件須注明規(guī)格。
5、技術要求及說明，包括所選注射機設備型號，所選用的標準模架型號，模具閉合高度，模具間隙及其它要求。
八、繪制各非標準零件圖
零件圖上應注明全部尺寸、公差與配合、形位公差、表面粗糙度、所用材料、熱處理方法及其它要求。
九、編寫技術文件
1、編寫注射成型工藝卡片：根據塑料的成型特點，查閱有關資料，確定合理的注射成型工藝參數(shù)，并作成工藝卡片。
2、編寫加工工藝過程卡片：選取兩個重要模具成型零件，確定加工工藝路線，并作成加工工藝過程卡片
3、編寫設計說明書
設計說明書
第一部分 設計題 螺口容器注射模 材料 HIPS(高抗沖聚苯乙烯)
第二部分 設計過程
一、塑件的分析及塑料的成型工藝性能
1、塑件工藝性分析
1）塑件的尺寸較小，精度等級高精度，性能要求一般，采用一模二腔來提高生產率。塑件壁薄，對制品不進行后加工。
5 澆口采用探針澆口，適用于一模二腔，澆口截面為圓形。
6 了方便加工和熱處理，型腔與型芯部分來鑲拼結構。
2、材料的成型工藝性能
1）塑件采用HIPS，HIPS的主要工藝性能有：
物理性能：HIPS的相對密度介于0.98~1.10之間，耐磨性好，沖擊強度比PS高。
熱性能： 熱變形溫度為64~92.5
電性能： HIPS電性能優(yōu)異，耐高頻絕緣性好。
力學性能：HIPS具有優(yōu)異的力學性能，包括拉升強度、壓縮強度和硬度，PP的主要力學性能數(shù)據為：
拉伸強度/MPa 14~48
壓縮強度/MPa 28~112
缺口沖擊強度（KJ/m2） 0.5~11.0
化學性能：HIPS的化學穩(wěn)定性好。
HIPS的主要缺點是：注射時應防止溢料，制品易產生內應力，易開裂。
HIPS的主要用途是：裝飾材料、容器、家用電器、建材等。
2）注塑成型條件
注射成形機類型：螺桿式
密度（g/cm3）：0.98~1.10
計算收縮率（%）：0.4~0.7
預熱溫度（℃）：64~92.5
料筒溫度前段：170~180
料筒溫度中段：170~200
料筒溫度后段：150~160
模具溫度（℃）：20~50
注射壓力（Mpa）：60~100
成型時間分為（s）
1、注射時間：1~5
2、高壓時間：5~15
3、冷卻時間：5~15
4、總周期：15~30
二、塑件的質量與體積計算
由于所給的零件是實物，依照零件尺寸，以及此零件的特殊形狀不適合用平常的方法計算的情況。采取先用PROE繪畫出此零件，然后用其軟件測量此零件。
得此零件的體積V=14.5cm3
查表達式1-2-2（注塑模設計與制作教程）得：
ρ =1g/mm3
塑件質量m=ρv=1 g/cm3×14.5 cm3×=14.5(g)
三、型腔數(shù)目及注射機的確定
型腔數(shù)目的確定主要參考以下幾點 來確定
（1）、根據經濟性確定型腔數(shù)目:根據總成型加工費用最小的原則,并忽略準備時間試生產原材料費用,僅考慮模具加工費和塑件成型加工費
（2）、根據注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)目,當成型大型平板制件時常用這種方法
（3）、根據注射機的最大注射量確定型腔數(shù)目,根據經驗,在磨具中每增加一個型腔,制品尺寸精度要降低4%,對于高精度制品,由于多型腔模具難以使各型腔的成型條件一致,故推薦型腔數(shù)目不超過4個
（4）由于此塑件較小，在確定型腔時，可以考慮用多腔的結構，為保證塑件質量和精度，暫定2個。
（5）注射機額定注射量mg 每次注射量不超過最大注射量的80﹪，即
n=（0.8mg－mj）/mz
式中 n — 型腔數(shù)
mj — 澆注系統(tǒng)重量（g）
mz — 塑件重量(g)
mg — 注射機額定注射量(g)
澆注系統(tǒng)體積Vj,根據澆注系統(tǒng)初步設計方案進行估算。
M=ρv=0.3 cm3×1g/cm3=0.3(g)
設n=2則得
mg=(mz+mj)/0.8=(2×14.5＋4.3)g=37.7 g
從計算結果，并根據塑料注射機技術規(guī)格，查《注射模具設計與制作教程》表3-6-5得選用SZ-60/40型注射機。
②生產批量 試制小批量生產宜采用單腔，大批量生產宜取多腔，該塑件為一般生產，故宜取多腔，由注射機理論，注射量確定型腔數(shù)得
n=(0.8mg－mi)/mz=(0.8×60×1g/cm3－0.3)/14.5g=3個
由于該塑件件為高精度塑件，通常最多采用一模二腔的模具。
由于采用一模二腔的方案，故其注射總體積及質量為二個塑件的體積與質量。
由注射機的最大注射量公式得
K利G公≧G件+G廢
G公 — 注射機的公稱質量注射量
K利 — 注射機最大注射量的利用系數(shù)，取0.8
G件 — 塑件質量
G廢 — 澆注系統(tǒng)等廢料的質量
則 0.8G公≥（2×14.5＋0.3）/0.8
=36.625
由《注射模設計與制作教程》表3-6-5，查得注射機的型號為SZ－60/40，其主要技術參數(shù)：
理論注射容量（cm3） 60
螺桿（柱塞）直徑（mm） 30
注射壓力（Mpa） 150
螺桿轉速（r/min） 48
鎖模力（KN） 400
移模行程（mm） 260
最大模具厚度（mm） 280
最小模具厚度（mm） 160
噴嘴球半徑（mm） SR15
噴嘴口直徑（mm） 3.5
四、成型部分的尺寸設計
由于成型零件直接與高溫高壓的塑料熔體接觸，它必須有以下一些性能:
1:必須具有足夠的強度、剛度，以承受塑料熔體的高壓，
2:有足夠的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨損。通常進行熱處理，使其硬度達到HRC40以上
3:對于成型會產生腐濁性氣體的塑料還應選擇耐腐濁的合金鋼處理
4:材料的拋光性能好，表面應該光滑美觀。表面粗造度應在Ra0.4以下
5:切削加工性能好，熱處理變形小，可淬性良好
6:熔焊性能要好,以便修理
7:成型部位應須有足夠的尺寸精度?？最惲慵镠8~H10，軸類零件為h7~h10。
1.型腔的內徑計算
塑件外徑與型腔內徑的關系
D腔=（ds+dsQcp－xΔs）
式中 D腔 — 型腔內徑（內徑）尺寸（mm）
ds — 塑件外徑基本尺寸（mm）
即塑件實際外形尺寸ds →(ds′+δ1) =(ds)
Δs — 塑件公差
Qcp — 塑件平均收縮率（%）
x — 綜合修正系數(shù)（考慮塑料收縮率的偏差和波動，成型零件的磨損等因素），塑件精度高，批量大，取x=3/4。
Δm — 模具制造公差，一般為（1/3~1/4），取1/4Δs。
查表6-4PP 塑料的收縮率是0.4%~0.7%。
平均收縮率 S=(0.4%+0.7%)/2=0.55%
D腔=
=
2、型腔深度尺寸計算
H腔=（hs+hsQcp+xΔs）
H腔 — 型腔深度尺寸
hs — 塑件高度基本尺寸，即塑件的實際高度尺寸
hs′ →(hs′+δ1) =hs
?s — 塑件公差
Qsp — 塑料平均收縮率，取0.55
X — 綜合修合系數(shù)，取x=0.75
?m — 模具制造公差，取 ?m=1/4?s
H腔=
=
4、型芯尺寸設計
由于塑件內形較復雜，深度較大，且機械加工不方便，為了避免整體式凹模采用一樣材料的不經濟，且通過想鑲拼結構有利于提高模具的互換性，故對于形成型芯采用整體式凸模嵌入凸模固定板。
1 型芯的內徑計算
塑件內形（內徑）與凸模外形（外徑）尺寸（mm）對應關系。
d凸=（Ds+QsQcp+x?s）
式中 d凸 — 凸模型芯外形（外徑）尺寸（mm）
Ds — 塑件內形（內徑）基本尺寸（mm）
即塑件實際內形尺寸 Ds? →(Ds?+δ2)
=Ds
Δs — 塑件公差
Qcp — 塑料平均收縮率（%），取0.55%
X — 綜合修正系數(shù)，取x=0.75
Δm — 模具制造公差，取Δm=1/4Δs
D芯=
=
2、型芯深度尺寸計算
H芯— 型腔深度尺寸
hs — 塑件高度基本尺寸，即塑件的實際高度尺寸
hs′ →(hs′+δ1) =hs
?s — 塑件公差
Qsp — 塑料平均收縮率，取0.55
X — 綜合修合系數(shù)，取x=0.75
?m — 模具制造公差，取 ?m=1/4?s
H芯 =
=
5、成型中心矩尺寸
塑件中心距與模具成型中心尺寸關系
L中=（Ls+LsQcp）±1/2?m
式中 L中 — 成型中心距尺寸（mm）
Ls — 塑件中心距基本尺寸（mm）,即塑件實際中心距尺寸
Ls′ →(Ls′+1/2δ2) ±1/2(δ1－δ2)
=Ls±1/2?s
?s — 塑件公差
Qcp — 塑料平均收縮率（%），取0.55%
?m — 模具制造公差，?m=1/4?s
L中=（40+40×0.55%）±1/2?m
=40.22±1/8?s
=40.22±0.023
六、零件的加工工藝：
1．定模型芯
定模型芯是主要的工作零件，我們選用T8A的材料，同時考慮到此塑料對尺寸精度要求一般，但對表面要求較高，根據本工廠的實際設備情況，在對材料進行粗加工后，留0.5mm的單邊，淬火，低溫回火后，用電火花機放電到位，最后還需要對成型表面進行拋光。
其澆道襯套孔要與襯套配合，在粗加工后，留單邊0.2—0.5mm的余量，熱處理
后采用慢走絲割出即可。
綜上所述，定模型芯加工工藝如下：
1.材料：T8A
2.加工工藝：
1) 開料：開出底面半徑為35，高為100的圓柱毛坯。
2) 磨基準：按照零件圖基準方位在平面磨床上磨出基準面，同時磨平各平面，留0.1—0.3mm單邊余量。
3) 按照圖樣，在銑床上鉆螺紋孔，運水孔。
4) 在數(shù)控銑床上采用Mastercam9.0軟件，按照圖樣要求銑出兩個型腔的形狀，單邊留0.2—0.5mm的余量。
5) 送熱處理車間進行熱處理：淬火（油淬+低溫回火），使其表面硬度達到56—60HRC。
6) 按照圖樣要求加工型芯各表面，保證型芯的平行度，垂直度，要求型芯磨后六面見光。
2.動模型芯
同定模型芯一樣。
3．行位
a)材料：T8A
b)加工工藝：
1)開料：在鋼板上割出一塊底面半徑為50，高為90的毛坯。
2)在平面磨床上磨基準。
3)在銑床上有角度分度頭調好角度，粗銑左側的圓柱面。
4)在銑床上銑出如圖所示右側的形狀及其導滑部分。
6)鉆螺釘固定孔。
7)熱處理：淬火+低溫回火，淬硬表面硬度為54—58HRC。
8)磨削基準平面及其圓柱面，使各部分的尺寸加工到位。
9)在滑塊斜面磨出45度，寬大10mm,深0.2mm的儲油槽，其它的零件在此就不一一敘述。
七、模具加工工藝流程:
1、 根據零件結構和制造工藝,模架的基本組成零件有兩種:導柱、導套等回轉零件；模板等平板零件。
導柱、導套的加工主要是內、外圓柱面加工，平板內零件的制造過程主要進行平面加工和孔隙加工，他們在模具中起定位的導向作用，保證凹凸模在工作時具有正確的相對置，除了要保證導柱，導套配合表面尺寸形狀精度外，還應該保證導柱、導套各自配合面之間的同軸度要求。
導柱、導套一般采用低碳鋼進行滲碳、淬火處理，也可選用碳素工具鋼T10淬火處理，淬火處理硬度58-62HRC。
根據分析，導柱、導套加工藝過程如下：
備料——粗車、半精車內外圓柱表面——熱處理——研磨導柱中心孔——粗磨、精磨配合表面——研磨導柱、導套重要配合表面。
1 凸模加工工藝過程如下：
下料——鍛造——退火——粗加工——精磨基面準面——劃線——工作型面半精加工——淬火、回火——磨削——修研。
2 凹模加工工藝過程如下：
下料——鍛造——退火——粗加工六面——精磨基面準面——劃線—型孔半精加工——型孔精加工——淬火、回火——精磨（研磨）
3 模架的裝配：
導柱、導套與模板之間一般采用過盈配合，裝配時可采用手動壓力機將導柱壓入動模板的導柱孔，復位機構的裝配復位桿與固定板一般采用過度配合。模架的裝配比較的簡單，主要是用螺釘將裝有導套的定模板連接起來。
4 模具表面強化處理工藝特點及應用：
滲氮處理：滲氮處理是向模具零件表面滲入氮原子的過程，
模具滲氮前應加工到尺寸精度和表面粗糙度，最好是經過試模確認完全合格后再進行滲氮處理。根據模具的技術要求分別采用以下兩種工藝路線：
精密模具：備料——鍛造——退火或回火——粗加工——調質——半精加工——裝配——試?！獫B氮——研磨拋光——裝配；
一般模具：備料——粗加工——調質——精加工——糝氮——研磨——裝配；
5 總裝的技術要求
a、裝配后的模具安裝表面的平行誤差不大于0.05；
b、模具閉合后分型面應均密合；
c、導柱、導套滑動靈活，推件時推桿和卸料板動作一致；
d、合模后動模部分和定模部分的型芯必須緊密接觸
6 試模：
模具在裝配完成之后，在交付生產時試模，其目的是檢查模具在設計制造上是否存在缺陷，若有，則要求排除；對模具成型工藝條件進行試驗以有利于模具成型工藝的確定和提高。
八、澆注系統(tǒng)的設計
1、澆口套的設計
采用一模二腔，須設定分流道；采用分體式，澆口套材料選用優(yōu)質鋼T8A，淬火處理。為了便于凝料的拔出，主流道設計為錐孔，內壁Ra為0.63um,錐角為40，，其小端直徑D1=D2+（0.5~1）=3+0.5=3.5，主流道大側面圓角R=3mm，澆口套大端高出定模端面H=5~10mm，起定位作用，與注射機定模板的定位孔呈間隙配合，襯口套球面半徑Sr=SR+(0.5~1),取Sr=16mm，定位環(huán)外徑D取50mm，厚度取10mm。
流道及平衡布置：
（1）分流道是進料通道，采用U形側面，其分流道加工較容易，熱量損失和流動阻力均不大，是最常用形式，分流道側面尺寸視塑件尺寸、塑料品種、注射速率以及分流道長度而定；分流道側面尺寸應滿足良好的壓力傳遞和保證合理的填充時間，U形側面分流道深度h=2r(r為圓弧半徑)，h=2×4=8mm,斜度α取60，分流道長度Lf通常取8~30mm，分流道表面不要求太光潔，表面粗糙度通常取Ra1.25~Ra2.5um。
（2）分流道的平衡布置
多型腔模具應盡量采用平衡式分流道，能讓熔融塑料幾乎同時到達每個型腔的進料口，以致塑料到每個型腔的壓力和溫度是相同的，這樣不易產生熔接痕和填充不足等缺陷，其流道布置形式如圖。
2、澆口的設計
澆口的設計與塑料性能、塑件形狀、側面尺寸、模具結構及注射工藝參數(shù)等有關，要是熔料以比較快的速度進入并充滿型腔，同時在充滿后能適時冷卻封閉。因此澆口的側面要小，長度要短這樣可增大料流的速度，快速冷卻封閉，且便于塑件與澆口凝料分離，不留明顯的澆口痕跡，保證塑件的外觀質量、澆口位置，形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大。
（1）澆口的選用
澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種，限制性澆口一方面通過側面的突變，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速而均衡地充滿型腔；另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質量，同時起著封閉型腔，防止塑料熔體倒流。我們采用的是60口，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，也可用于單型腔模具或表面不允許有較大痕跡的塑件。
在這套模具，其澆口尺寸如圖所示。
澆口各部分尺寸取的都是經驗值，L=0.3～2mm d=0.7～1.2 α= 60～150。探針澆口的優(yōu)點是澆口自動去除缺點是回料高，模具使用費用高。
九、冷卻系統(tǒng)的設計
注塑模溫對塑料熔體的流動、固化定型、生產率以及塑件的形狀和尺寸精度有著直接的影響。注射成型時，不同的塑料對模溫有著不同的要求，控制適宜的模溫來保證塑料熔體具有最佳的流動性，易于充滿型腔，并使塑件脫模后的收縮、翹曲變形小，形狀與尺寸穩(wěn)定，具有較高的物理力學性能以及較高的表面質量。通過溫度調節(jié)與控制系統(tǒng)可收到如下效果。
2 改善成型性能：可以使模塑溫度保持適應于各塑料的規(guī)格溫度，以改善成型性能。
3 穩(wěn)定尺寸精度：如果塑模溫度發(fā)生變化，則塑料的收縮率也會有很大的變動，尤其對結果性塑料，因此，若塑模溫度保持一定，收縮率也就得到穩(wěn)定，塑件的尺寸精度自然就穩(wěn)定了。
4 減少塑件變形：提高塑件精度。
5 改善塑件表面質量：消除外觀缺陷，合理的模溫可提高塑件的外觀質量和降低表面粗糙度。
由于制品平均壁厚為1.5mm左右，制品尺寸又較小，根據經驗數(shù)據，確定水孔直徑為8mm，其循環(huán)回路如下：
十、脫模機構的設計
在注射成型的每一個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中或凸模/型芯上松動分離（即脫出），脫出機構的機構就叫塑件脫出機構，脫出機構的設計基本考慮：
1 保證塑件質量
2 脫出機構結構
3 所需頂出行程、開模行程計算
頂出行程計算
S頂=h凸+e
式中 S頂 — 所需頂出行程
h凸 — 型芯成型高度
e — 頂出行程富裕量（mm）
S頂=90+5=95mm
所需開模行程計算
S開=h塑+h凸模+e
式中 S開 — 開模行程（mm）
h塑 — 塑件及澆注系統(tǒng)在開模方向上的總投影高度（mm）
h凸模 — 動定模型芯突出分型面的高度總和（mm）
e — 取件及取出澆注系統(tǒng)凝料的開模行程富裕量（mm）
S開=90+90+8=188（mm）（澆注系統(tǒng)無廢料排出，頂出行程只計算塑件高度）
十一、模架的選擇
根據所選設計的定模型腔的尺寸和設計的需要，采用香港龍記集團（LKM）
的大水口模架，其型號為：
3540－CI－A100－B30
其主要參數(shù)如下：
凹模板厚度 A=100mm
凸模板厚度 B=30mm
墊塊厚度 C=100mm
模具的閉合厚度 H=270mm
模板寬B0=250 長L0=177mm
座板寬B1=250 長L1=237mm
定模座板厚 H1=20mm
動模座板厚 H2=20mm
推桿固定板 h1=10mm
頂出底板厚度 h2=25mm
頂出底板長度 B2=184mm
導柱 d1=30mm
推桿 d3=190mm
十二、壓力機的校核
（1）最大注射量的校核
K利G公≥G件+G廢
式中 G公 — 注射機公稱質量注射量
K利 — 注射機最大注射量的利用系數(shù)，取0.8
G件 — 塑件的質量
G廢 — 澆注系統(tǒng)等廢料的質量
塑件重量14.5g,澆注系統(tǒng)重量0.3 g
則每次注射所需塑料量為2×14.5+0.3=37.7g
注射機的最大注射量60×0.8=48g>37.7g,故能滿足要求。
(2) 鎖模力與注射壓力的校核
鎖模力可按F≥Pm(nAz+Aj)校核
式中 Pm — 塑料注射壓力 Pm=80~130Mpa,，取Pm=100Mpa
Az — 塑料在分型面上的投影面積（cm2）
Aj — 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）
F — 注射機額定鎖模力 SZ－60/40
注射機額定鎖模力為400KN
投影面積計算：
估算：Az=1.73(cm2)
Aj==36.29(cm2)
代入公式中得Pm=100(1.73+36.29)=370KN
由于F=400KN，故滿足F>378KN，同樣SZ－60/40的額定注射壓力150KN>100KN,也能滿足PMMA塑料的注射壓力要求。
(3) 模具厚度H與注射機閉合高度校核 Hmin
270>160,所以能滿足要求。
(4) 注射機開模行程的校核
SK≥H1+H2+（5~10）mm
式中 SK — 注射機行程（SK=260mm）
H1 — 脫模距離（頂出距離），H1=90
H2 — 塑件高度+澆注系統(tǒng)高度
H2=90
則 H1+H2+10mm=90+90+10=190(mm)<260mm
故能滿足要求
十三、HIPS(高抗沖聚苯乙烯)的成型條件:
噴嘴的溫度: 130~150
加熱料筒設定溫度:
料筒前部: 170~180
料筒中部: 170~200
料筒后部: 150~160
模具溫度: 20~50
成型壓力Mpa:60～110
干燥溫度:70℃
干燥時間(h):2～3
螺桿轉速:48r/min
十四、參考文獻
模具結構設計 模具設計與制造技術教育叢書編委會編 機械工業(yè)出版社 2003.10
模具設計與制造教程 陳萬林編 北京希望電子出版社 2001.1
模具制造 黃健求主編 機械工業(yè)出版社 2001.1
塑料模具設計 劉昌祺主編 機械工業(yè)出版社 1998.10
電火花技術在模具制造中的應用 駱駿等主編 化學工業(yè)出版社 2004.6
幾何公差與檢測 甘永立主編—5版 上?？茖W技術出版社
龍記集團大水口模架手冊（LKM）
塑料模設計手冊 《塑料模設計手冊》編寫組編 機械工業(yè)出版社 1999.8
注塑模具設計經驗點評 蔣繼宏 王永平編 機械工業(yè)出版社 2004.7
設計體會
畢業(yè)設計是對大學三年所學知識與能力的綜合應用和檢測，是每一個合格的大學生的必經工程，也是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。本次畢業(yè)設計，不僅培養(yǎng)了我們正確的設計思想；同時也讓我們掌握了工程設計的一般程序和方法，以及鍛煉了我們綜合運用知識的能力。在本次設計過程中，我們大量閱讀了各種技術資料及手冊，不僅認真探討了模具設計領域內的各種問題，而且對塑料零件的性能等問題進行了研究。因此，本次設計不僅加深了自己對專業(yè)所學知識的的理解和認識，而且也拓寬了自己的知識面。此外，本次設計在繪圖過程中，使用了AUTOCAD、PRO-E、等二維和三維繪圖軟件，這些都不同程度地使我們學到了更多的知識，進一步提高了我們繪圖的能力。
在本次畢業(yè)設計中，張蓉老師給了我們耐心的指導，并在設計中及時給我們解答疑難，讓我在本次畢業(yè)設計中知識我能力得到了一個質的飛躍，這對我的將來都會產生深遠的影響。并且，在設計過程中還得到了其他老師和各組同學的熱忱幫助，在此表示感謝！
由于本人知識有限，實際經驗不足，因此設計中難免還存在或多或少的不足之處，敬請各位老師批評指正，本人將不勝感激！