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畢 業(yè) 設 計
中文題目：沖水手柄注塑模具設計
英文題目：Injection mold design of
flush handle
系 別：機械工程系
專 業(yè): 機械設計制造及自動化專業(yè)
年級班級：2008級專升本班
姓 名：許清香
學 號：0808075102
指導教師 羅寧
職 稱：講師
2010 年05 月23日
畢業(yè)設計（論文）誠信聲明書
本人鄭重聲明：在畢業(yè)設計（論文）工作中嚴格遵守學校有關規(guī)定，恪守學術規(guī)范；我所提交的畢業(yè)設計（論文）是本人在 羅寧 指導教師的指導下獨立研究、撰寫的成果，設計（論文）中所引用他人的文字、研究成果，均已在設計（論文）中加以說明；在本人的畢業(yè)設計（論文）中未剽竊、抄襲他人的學術觀點、思想和成果，未篡改實驗數(shù)據(jù)。
本設計（論文）和資料若有不實之處，本人愿承擔一切相關責任。
學生簽名：
年 月 日
目 錄
摘 要 1
關鍵詞 1
1 緒論 2
1.1 前言 2
1.2 國內外現(xiàn)狀分析及比較 2
1.3 塑料模具的發(fā)展趨勢 3
1.4 設計思想 3
2 塑件成型工藝分析 3
2.1 塑件（沖水手柄）分析 3
2.1.1 塑件的結構及成型工藝性分析 3
2.2 熱塑性塑料（ABS）的注射成型過程及工藝參數(shù) 4
2.2.1注射成型過程 4
2.2.2 ABS的注射工藝參數(shù)。 5
2.3 ABS的性能分析 5
2.3.1 使用性能 5
2.3.2 成型性能 5
2.3.3 ABS的主要性能指標 5
2.4 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施 6
2.4.1 缺陷 6
2.4.2 消除措施 6
3 擬定模具結構形式 6
3.1 分型面位置的確定 6
3.1.1 分型面對選擇原則 6
3.1.2 分型面選擇方案 7
3.2 確定型腔數(shù)量及排列方式 7
3.3模具結構形式的確定 7
4 注射機型號的確定 8
4.1 所需注射量的計算 8
4.1.4 塑件質量、體積澆注系統(tǒng)凝料體積及所需鎖模力的計算 8
4.2 注射機型號的選定 9
4.3 型腔數(shù)量及注射機有關工藝參數(shù)的校核 9
4.3.1 型腔數(shù)量的校核 9
4.3.2 注射機工藝參數(shù)的校核 10
4.4 安裝尺寸校核 11
4.4.1 噴嘴尺寸 11
4.4.2 定位圈尺寸 11
4.4.3 最大與最小模具厚度校核 11
4.4.4 開模行程和推出機構的校核 11
4.4.5 模架尺寸與注射機拉桿內間距校核 11
5 澆注系統(tǒng)的設計 11
5.1 主流道的設計 12
5.1.1主流道各尺寸計算 12
5.2 主流道襯套形式 12
5.2.1主流道剪切速率校核 12
5.3 分流道設計 13
5.3.1分流道的布置形式 13
5.3.2 分流道長度 13
5.3.3 分流道形狀、截面尺寸以及凝料體積 13
5.4 澆口的設計 15
5.4.1 澆口類型和位置的確定 15
5.4.2 澆口尺寸的確定 16
5.5 冷料穴的設計 17
5.5.1主流道冷料穴的設計 17
6 成型零件的設計 17
6.1 成型零件結構設計 17
6.2 成型零件鋼材選用 18
6.3 成型零件工作尺寸的計算 18
6.3.1型腔徑向尺寸計算 18
6.3.2 型芯徑向尺寸的計算 20
6.3.3 型腔高度尺寸的計算 21
6.3.4 型芯高度尺寸的計算 22
6.4 型腔零件強度、剛度的校核 23
6.4.1 型腔側壁厚度校核 23
6.4.2 型腔底板厚度的校核 24
7 模架的確定 25
7.1 各模板尺寸的確定 25
7.1.1 A板尺寸 26
7.1.2 B板尺寸 26
7.1.3 定模座板 26
7.1.4 墊塊 26
7.1.5 動模座板 26
7.1.6 推板 26
7.1.7 推桿固定板 27
8 合模導向機構的設計 27
8.1 導向機構總體設計 27
8.2 導柱設計 27
8.3導套設計 28
9 推出機構 28
9.1 脫模力的計算 28
10 排氣系統(tǒng)的設計 29
11 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 29
11.1 加熱系統(tǒng) 29
11.2 冷卻系統(tǒng) 29
11.2.1 冷卻介質 30
11.2.2 冷卻系統(tǒng)的簡略計算 30
12 典型零件的制造工藝 31
12.1 塑料模成型零件的加工工藝 31
12.1.1 塑料模成型零件的加工工藝要求 32
12.2典型零件制造工藝編制 33
12.2.1 成型零件工工藝流程及加工階段劃分 33
13 模具的裝配 37
13.1 塑料模具裝配過程 37
14 模具的備料清單和網(wǎng)絡周期 37
14.1 模具非標準件備料清單 37
14.2 模具標準件備料清單 38
14.3 網(wǎng)絡周期圖 39
14.4 模具的生產(chǎn)過程 39
15 模具成本的估算 39
15.1 材料費用 39
15.1.1 從產(chǎn)品形狀需要了解與材料費用相關的三部分 40
15.1.2 估算模具材料費用 40
15.2 加工成本 40
15.2.1 經(jīng)濟加工機床的選擇 40
15.2.2 加工成本核算 41
15.3 其他費用 41
15.3.1生產(chǎn)管理 41
15.3.2 利潤 41
15.3.3 稅金 41
16 結論 41
致謝 43
參考文獻 44
沖水手柄注塑模具設計
學 生：許清香
指導老師：羅寧
（廈門理工學院機械工程系，廈門361024）
【摘 要】：本設計根據(jù)實際的需要完成沖水手柄的注射模設計。該產(chǎn)品采用ABS塑料進行注塑成型,成型方式為一模八腔。該設計根據(jù)產(chǎn)品材料和結構特點，對產(chǎn)品進行了工藝性分析,選用了合理的注射成型工藝參數(shù)，確定了所需的和成型設備模具的總體結構,同時對模具的細節(jié)部分進行了結構設計和一些必要的尺寸計算和強度校核此外，論文還對分型面、澆注系統(tǒng)、脫模機構、成型部件和溫度調節(jié)系統(tǒng)進行了分析設計，最終完成了產(chǎn)品的三維實體造型、二維零件圖和裝配圖，以及加工工藝規(guī)程。
【關鍵詞】：沖水手柄，塑料模具，注射成型，注塑機，結構設計，工藝。
Injection mold design of flush handle
Student：Xu Qing Xiang
Tutor：Luo Ning
(Department of Mechanical Engineering, Xiamen Institute of Technology, Xiamen, 361024, China)
【Abstract】：The injection mold design of flush handle was completed according to the actual. The product is injection molded through ABS plastic, and the formation way were eight mold cavities. The design analyze the product's process, determine the plastic's process parameter and injection-molding machine, determine the mold's overall plan ,analyze and solve the mold's overall structure and each working part's concrete structure, and carry on some essential size calculation and intensity examination. In addition, the design also analyze the parting surface、the gating system、the mold emptier and the temperature control system, complete the three-dimension model and two-dimension assembly drawing of the product. Finally, the processing flow char of core. To here, the design have completed each work which was requested by the mold design.
【Key words】：Flush handle，Plastic mold，Injection molding，Injection-molding machine，
Mold design，machining processing
1 緒論
1.1 前言
隨著塑料制品在機械、電子、汽車、家電、國防、建筑、農業(yè)等各行業(yè)中的廣泛應用，對塑料模具的需求日益增加，塑料模在國民經(jīng)濟中的重要性也日益突出。模具作為一種高附加值和技術密集型產(chǎn)品。 其生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍，上百倍?？梢哉f，模具既是塑料成型加工的一種重要的工藝裝備，同時又是原料及設備的“效益放大器”。模具生產(chǎn)的工藝水平和技術含量的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造業(yè)技術水平高低的重要標志[1]。
塑料成型加工及其模具技術是一門不斷發(fā)展的綜合學科，不僅隨著高分子材料合成技術的提高、成型設備成型機械的革新、成型工藝的成熟而進步，而且隨著計算機技術、數(shù)值模擬技術等在塑料成型加工領域的滲透而發(fā)展。
注塑成型作為一種重要的成型加工方法，在家電行業(yè)、汽車工業(yè)、機械工業(yè)等都有廣泛應用，且生產(chǎn)的制件具有精度高、復雜度高、一致性高、生產(chǎn)率高和消耗低的特點，有很大的市場要求和良好的發(fā)展前景。
1.2 國內外現(xiàn)狀分析及比較
近年來，中國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是在質量、技術和能力等方面都有了很大進步，但與國民經(jīng)濟發(fā)展的需求、世界先進水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、復雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進口。
中國模具產(chǎn)業(yè)除了要繼續(xù)提高生產(chǎn)能力，今后更要著重于行業(yè)內部結構的調整和技術發(fā)展水平的提高。結構調整方面，主要是企業(yè)結構向專業(yè)化調整，產(chǎn)品結構向著中高檔模具發(fā)展，中高檔汽車覆蓋件模具成形分析及結構改進、復合加工和激光技術在模具設計制造上的應用、高速切削、超精加工及拋光技術[2]。
雖然我國模具總量目前已達到相當規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家。當前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：
1) 發(fā)展不平衡，產(chǎn)品總體水平較低。
2) 工藝裝備落后，且配套性不好，利用率低。
3) 大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱，創(chuàng)新能力明顯不足。
4) 供需矛盾短期難以緩解。
5) 企業(yè)組織結構、產(chǎn)品結構、技術結構和進出口結構均不合理。
6) 信息化管理相對落后。
1.3 塑料模具的發(fā)展趨勢
1) 在模具的質量、交貨周期、價格、服務四要素中，已有越來越多的用戶將交貨周期放在首位。
2) 提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。
3) 在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術，提高模具制造過程的自動化程度。
4) 推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。
5) 開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
6) 應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量十分必要。
7) 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率,以提高模具質量，縮短模具制造周期。
8) 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。
9) 模具設計、加工及各種管理將向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展，CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等將向智慧化、集成化和網(wǎng)絡化方向發(fā)展。
10) 在可持續(xù)發(fā)展和綠色產(chǎn)品被日益重視的今天，“綠色模具”的概念已逐漸被提到議事日程上來。
1.4 設計思想
本設計主要是基于二維CAD的注塑模具設計，從零件角度上考慮，此零件為ABS塑料，因所給沖水手柄零件的形狀比較簡單，無側向凹、凸及側孔和異型孔等且要求大批量生產(chǎn)并設計成一模多腔，故本設計采用的是單分型面注射模結構，澆注系統(tǒng)設計成非平衡式、澆口設計成矩形側澆口并對澆口尺寸進行調節(jié)以實現(xiàn)澆注系統(tǒng)平衡。塑件的推出采用推桿推出機構實現(xiàn)，球頭型拉料桿在分模時將主流道凝料自動掉出。而推出機構的導向及復位則分別選用復位桿和彈簧來實現(xiàn)。
2 塑件成型工藝分析
2.1 塑件（沖水手柄）分析
該塑件是一沖水手柄，如圖2-1所示為塑件零件圖，該塑件材料為ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），塑件要求生產(chǎn)綱領為大批量生產(chǎn)。
2.1.1 塑件的結構及成型工藝性分析
1）結構分析如下。
該塑件是一衛(wèi)浴操作手柄，屬中等壁塑件，整個塑件結構較為簡單，產(chǎn)品件中無側孔、側凹等結構，故無需采用斜導柱側向成型機構，采用直接分型即能使塑件方便脫模，保證制件的成型質量和較小的生產(chǎn)周期[3]。
圖2-1塑件零件圖
2）成型工藝分析如下。
（1）精度等級。目前我國頒布了工程塑料模塑塑件尺寸公差的國家標準標準（GB/T14486-1993）。模塑件尺寸公差的代號為MT，公差等級分為7級，每一級又可分為A、B兩部分，其中A為不受模具活動部分影響尺寸的公差，B為受模具活動部分影響尺寸的公差（例如由于受到水平分型面溢邊厚薄的影響，壓縮件高度方向的尺寸）。對于該沖水手柄件，因其未標注尺寸公差，故取其精度等級為MT5。
（2）脫模斜度。由于塑件在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此脫模前會緊緊地包住型芯或型腔中的其他凸起部分。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時劃傷，擦毛等，在設計時應考慮與脫模方向平行的塑件內外表面應具有一定的脫模斜度。塑件上脫模斜度的大小，與塑件的性質、收縮率大小、摩擦系數(shù)大小、塑件壁厚和幾何形狀有關。硬質塑料比軟質塑料脫模斜度大；形狀越復雜或成型孔較多的塑件取較大的脫模斜度；塑件高度越高、孔越深，則取較小的脫模斜度；壁厚增加，內孔包住型芯，脫模斜度也應大些。脫模斜度一般不包括在塑件的尺寸公差范圍內，在塑件圖上標注時，內孔以小端為基準，斜度沿擴大方向取得；外形以大端為基準，斜度沿縮小方向取得。因ABS材料塑件推薦的脫模斜度值為：型芯取35'～1°，型腔取40'～1°20'，故該沖水手柄的脫模斜度型芯取1°，型腔取1°20'。
2.2 熱塑性塑料（ABS）的注射成型過程及工藝參數(shù)
2.2.1注射成型過程
1）成型前段準備。對ABS的色澤、細度和均勻等進行檢驗。由于ABS吸濕性強，故成型前應進行充分的預熱干燥處理，除去物料中過多的水分和揮發(fā)物，以防止成型后塑件出現(xiàn)氣泡和銀絲等缺陷，干燥至含水分＜0.3%。干燥條件用烘箱加熱，溫度為90～100℃，時間3h-4h，料層厚度3cm。
2）注射過程。塑料在注射機料筒內經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可以分沖模、壓實、保壓、倒流和冷卻5個階段。
3）塑件的后處理。脫模后宜將塑件放在60℃-70℃左右的水中進行調濕處理。其熱處理條件處理介質為空氣或水；處理時間為16-20min。
2.2.2 ABS的注射工藝參數(shù)。
ABS的注射工藝參數(shù)見表2-2所示。
表2-2 ABS的注射工藝參數(shù)
參數(shù)
數(shù)值范圍
注射機
螺桿式
螺桿轉速(r/min)
螺桿轉速(r/min
模具溫度（℃）
50～70
料筒溫度（℃）
前段200～210
中段200～210
后段200～210
噴嘴溫度（℃）
180～190
噴嘴形式
直通式
注射壓力（MPa）
70～90
注射時間（s）
3～5
保壓時間（s）
50～70
冷卻時間（s）
14～30
成型時間（s）
成型時間（s）
成型時間（s）
15～30
2.3 ABS的性能分析
2.3.1 使用性能
ABS有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。同時它又有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工，經(jīng)過調色可配成任何顏色。所以ABS在機械工業(yè)上用來制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電機外殼、化工容器及儀器儀表外殼等。
2.3.2 成型性能
1）典型非結晶型塑料，在升溫時粘度增高，所以成型壓力高，故塑件上的脫模斜度宜稍大；
2）ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理；
3）ABS易產(chǎn)生熔接痕，模具設計師應注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力；
4）在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響很小，在要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50℃～60℃，而在強調塑料光澤和耐熱時,模具溫度應控制在60℃～80℃。
2.3.3 ABS的主要性能指標
ABS的主要性能指標如圖表2-3所示。
表2-3 ABS的主要性能指標
性能
指標
密度/（g/cm）
1.02～1.16
質量體積/（cm/g）
0.86～0.98
吸水率/（%）
0.20～0.40
玻璃化溫度/℃
熔點/℃
130～160
計算收縮率/（%）
0.4～0.7
比熱容/（J/kg.K）
1470
屈服強度/MPa
50
抗拉強度/MPa
38
拉伸彈性模量/GPa
35
抗彎強度/MPa
80
彎曲彈性模量/GPa
1.4
抗壓強度/MPa
53
抗剪強度/MPa
24
2.4 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
2.4.1 缺陷
澆口附近有皺痕、變色或焦痕、表面縮痕或內部氣孔和沖模不足。同時ABS易吸水，易產(chǎn)生熔接痕，耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70℃左右，熱變形溫度在93℃左右，耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。
2.4.2 消除措施
加大澆口、流道尺寸，選擇適當?shù)淖⑸渌俾屎腿萘亢线m的注塑機，調整背壓，提高塑化時排氣效果以防止熔接痕產(chǎn)生及提高塑件外觀質量。
3 擬定模具結構形式
3.1 分型面位置的確定
在塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成形。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對塑件質量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大影響。因此，分型面對選擇是注射模設計中的一個關鍵因素。
3.1.1 分型面對選擇原則
1）有利于保證塑件的外觀質量。
2）分型面應選擇在塑件的最大截面處。
3）盡可能使塑件留在動模一側。
4）有利于保證塑件的尺寸精度。
5）盡可能滿足塑件的使用要求。
6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積。
7）長型芯應置于開模方向。
8）有利于排氣。
9）有利于簡化模具結構。
該塑件在進行塑件設計時已經(jīng)充分考慮了上述原則，同時從所提供塑件可看出該塑件為簡單的盒形件，其上無側凹、側凸、側孔等，故分型時無需進行側向抽芯，只要進行軸向抽芯即可把塑件取出。
3.1.2 分型面選擇方案
以下三種分型面均與塑件推出方向平行，分型面形式及位置如圖3-1所示。
1）分型面選擇方案Ⅰ。分型面放在塑件最大截面處。
2）分型面選擇方案Ⅱ。分型面選在塑件最小截面處。
3）分型面選擇方案Ⅲ。分型面選用的是階梯分型面。
綜合以上分型面的選擇原則及分型方案，本設計選用第一種分型方案，因為方案二分型面選在塑件最小截面處，塑件無法順利從型腔中脫出，故不可取，分型方案三采用階梯分型面，不便于模具的加工制造，同時模具的加工制造成本也較高，故本設計選用設置在塑件最大截面處的平直分型方案一，選用該方案，塑件能順利從型腔中脫出，同時模具加工制造也相對簡單。
1）分型方案Ⅰ 2）分型方案Ⅱ 3）分型方案Ⅲ
圖3-1塑件分型方案圖
3.2 確定型腔數(shù)量及排列方式
當塑件分型面確定之后，就需考慮是采用單型腔還是多型腔模。
一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構，但對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求）。形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。故由此初步擬定采用一模八腔，如圖3-2所示。
3.3模具結構形式的確定
由上面分析可知，本模具擬采用一模八腔，雙列直排，推桿推出，流道采用非平衡式布置，澆口采用潛伏式澆口或矩形側澆口，定模不需要設置分型面，因此基本上可以確定模具結構形式為A1型，設置了推桿推出機構的兩塊板模，它滿足單分型面要求。
圖3-2型腔排列圖
4 注射機型號的確定
注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注射模是應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。
注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具匹配的注射機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規(guī)格，設計人員必須對其他進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調整或與用戶取得商量調整。
4.1 所需注射量的計算
4.1.4 塑件質量、體積澆注系統(tǒng)凝料體積及所需鎖模力的計算
1）塑件質量、體積計算
對于該設計，提供了塑件圖樣，據(jù)此建立塑件模型并對此模型進行Pro/e分析得：
塑件體積V1=8.954cm3
密度ρ=1.05g/cm3
塑件質量m1=ρ×V1=1.05×8.954=9.4017g
2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
可按塑件體積的0.6倍計算，由于該模具采用一模八腔，所以澆注系統(tǒng)凝料體積為
V2=8×0.6×V1=8×0.6×8.954=42.9792cm3
3）該模具一次注射所需塑料POM
體積 V0=8×V1+V2=8×8.954＋42.9792＝114.6112cm3
質量 m0=ρ×V0=1.05×114.6112＝120.34176g
4）塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算
流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A2，在模具設計前十個未知數(shù)，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析，A2是每個塑件在分型面上的投影面積A1的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35nA1來進行估算，所以
Ａ＝nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1= 1.35×8×20.096 mm2＝21703.9392mm2
式中 A1由CAD工具/查詢/面積獲得，是單個塑件在分型面上的投影面積。
Fm=A×P型＝21703.9392×35=759637.827N＝759.638KN
式中 型腔的壓力P型取35MPa。
4.2 注射機型號的選定
近年來我國引進注射機型號很多，國內注射機生產(chǎn)廠的新機型也日益增多。掌握使用設備的技術參數(shù)是注射模設計和生產(chǎn)所必須的技術準備。在設計模具時，最好查閱注射機生產(chǎn)廠家提供的《注射機使用說明書》上標明的技術參數(shù)[4]。
根據(jù)以上的計算初步選定型號為SZ-250/1500型臥式注射機。表4-1所示為SZ-250/1500型注射機主要技術參數(shù)：
4.3 型腔數(shù)量及注射機有關工藝參數(shù)的校核
4.3.1 型腔數(shù)量的校核
1）由注射機料筒塑化速率校核型腔數(shù)量
（4-1）
上式右邊≈169.2>>8，故型腔數(shù)量校核合格。
式中 M-注射機的額定塑化量，該注射機為35g/s；
t-成型周期，因塑件小，壁厚不大，取55s；
m1-單個塑件的質量和體積，取m1≈9.4017g；
m2-澆注系統(tǒng)所需塑料質量和體積，取0.6×8m1。
K-注射機最大注射量的利用系數(shù)，結晶型塑料一般取0.75，而非結晶型塑料一般取0.85，（ABS為非結晶型塑料，故取K為0.85）；
表4-1 SZ-250/1500型注射機主要技術參數(shù)
項目
參數(shù)
理論注射容積/ cm3
255
螺桿直徑/mm
45
注射壓力/Mpa
178
注射速率/（g/s）
165
塑化能力/（g/s）
35
螺桿轉速/（r/min）
10～390
鎖模力/KN
1500
拉桿內向距/mm
460×400
移模行程/mm
430
最大模具厚度/mm
350
最小模具厚度/mm
220
模具定位孔直徑/mm
125
噴嘴球半徑/mm
15
鎖模形式
雙曲肘
2）按注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量
(4-2)
上式右邊=19.41>>8,故型腔數(shù)量校核合格。
式中 mN-注射機允許的最大注射量，該注射機為267.75g；
m1-單個塑件的質量和體積，取m1≈9.4017g；
m2-澆注系統(tǒng)所需塑料質量和體積，取0.6×8m1。
K-注射機最大注射量的利用系數(shù)，結晶型塑料一般取0.75，而非結晶型塑料一般取0.85，（ABS為非結晶型塑料，故取K為0.85）。
4.3.2 注射機工藝參數(shù)的校核
1）注射量校核
注射量以容積表示最大注射容積為
(4-3)
式中 Vmax -模具型腔和流道的最大容積（cm3）；
V-指定型號與規(guī)格的注射機注射量容積（cm3），該注射機為255cm3；
α-注射系數(shù),取0.75～0.85，無定型塑料可取0.85，結晶型塑料可取0.75，該處取0.85。
倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不得發(fā)揮，塑料在料筒中停留時間就會過長。所以最小注射容積Vmin=0.25×V=0.25×255cm3=63.75 cm3。故每次注射的實際V'應滿足Vmin＜V'＜Vmax，而V'=114.6112 cm3，符合要求。
2）鎖模力校核
，而F＝400kN，鎖模力校核合格。 (4-4)
式中 F-鎖模力安全系數(shù)，一般取1.1～1.2，此處取1.2。
3）最大注射壓力校核
注射機的額定注射壓力即為該注射機的最高壓力Pmax=178MPa（見表4-1），應該大于注射機成型時所需調用的壓力P0，即
，而Pmax=178MPa，故注射壓力校核合格。 （4-5）
式中 K-注射壓力安全系數(shù)，一般取1.25～1.3；
P0-取130Mpa。
4.4 安裝尺寸校核
4.4.1 噴嘴尺寸
1）主流道的小端直徑D大于注射機噴嘴d，通常為
，對于該模具d=3mm，取D=3.5mm，符合要求。
2）主流道入口的凹球面半徑SR0應大于注射機噴嘴球半徑SR，通常為
，對于該模具SR=15mm，取SR0=16mm,符合要求。
4.4.2 定位圈尺寸
注射機定位孔尺寸為，定位圈尺寸應取，兩者之間呈叫松動的隙配合，符合要求。
4.4.3 最大與最小模具厚度校核
模具厚度
式中 Hmin=220mm，Hmax無限制，而該套模具厚度H=321mm，符合要求。
4.4.4 開模行程和推出機構的校核
1）開模行程校核
H≥H1+H2+（5～10）mm
式中 H-注射機動模板的開模行程（mm），取350mm，見表4-1；
H1-塑件推出行程（mm），取40mm；
H2-包括流道凝料在內的塑件高度（mm）。
其值為 ，帶值計算，符合要求。
2）推出機構校核
該注射機的推出行程為60mm，大于H1=40mm，符合要求。
4.4.5 模架尺寸與注射機拉桿內間距校核
該套模具模架外形尺寸為350×400，而注射機拉桿內間距為460mm×400mm，因460mm＞400mm，符合要求。
5 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量的影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。
該模具采用的是普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流道、分流道、冷料穴、澆口。
5.1 主流道的設計
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利取出[5]。
5.1.1主流道各尺寸計算
1）主流道小端直徑計算
根據(jù)所選注射機，則主流道小端尺寸為
D=注射機噴嘴尺寸+（0.5～1）=3+（0.5～1）=3.5 mm
2）主流道球面半徑計算
SR0=注射機噴嘴球半徑+（1～2）=15+（1～2）=16 mm
3）球面配合高度
h=3 mm～5 mm，此處取h=3 mm
4）主流道長度
主流道長度盡量小于60mm，由標準模架結合該模具的結構，取L=89.5mm
5）主流道大端直徑
（半錐角α為1°～2°）
6）主流道總長
該主流道總長L=92.5mm
5.2 主流道襯套形式
本設計是中小型模具，主流道長度較長，且主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬于易損件，對材料要求較嚴，為了便于加工和縮短主流道長度，模具主流道部分設計成可拆卸更換的主流道襯套形式，即澆口套，以便于有效的選用優(yōu)質鋼單獨進行加工和熱處理。常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。主流道襯套如下圖5-1所示。
5.2.1主流道剪切速率校核
1）主流道凝料體積
（5-1）
圖5-1 主流道襯套圖
2）主流道剪切速率，由經(jīng)驗公式
（5-2）
故主流道剪切速率校核合格。
式中 （5-3）
5.3 分流道設計
5.3.1分流道的布置形式
分流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地經(jīng)分流道均衡的分配到各個型腔。分流道在分型面上的布置形式與前述型腔排列密切相關，有多種不同的布置形式，但應遵循兩方面原則：一方面排列緊湊，縮小模板尺寸；另一方面流程盡量短，鎖模力力求平衡。該模具的流道布置形式采用非平衡式，下圖5-2所示為分流道的布置形式。
5.3.2 分流道長度
分流道長度應盡量短，且減少折彎，該模具分流道長度計確定如下：
第一級分流道
第二級分流道
第三級分流道
5.3.3 分流道形狀、截面尺寸以及凝料體積
1）形狀及截面尺寸。
為了便于機械加工及凝料脫落，分流道大多設置在分型面上，本設計的分流道設置在分型面上定模一側；截面形狀可采用圓形、梯形、矩形等，圓形截面的比表面積最小，塑料熔體相對模具的熱量損失小，但需開設在分型面的兩側，在制造時難以保證上下模板兩部分形狀對中吻合；故本設計采用加工工藝性及比表面積比較好的梯形截面。梯形截面對塑料熔體及流動阻力均不大，一般采用以下經(jīng)驗公式來確定截面尺寸，即
式中 B-梯形截面的寬度；
L-分流道長度；
W-流經(jīng)分流道的塑料質量；
H-梯形截面的高度
，D為圓形截面分流道直徑。
分流道截面形狀如圖5-3所示。
圖5-2 分流道布置形式圖
從理論上，第二級、第三級分流道可比第一級分流道截面小10%，但為了刀具的統(tǒng)一加工方便，在分型面上的分流道采用一樣的截面。
圖5-3 分流道布截面形狀
2）分流道表面粗糙度
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體流動狀態(tài)較理想，因此，分流道的內表面粗造度并不要求很低，一般取0.63um～1.6um。這樣表面稍不光滑，有助于增大熔體外層流動阻力，避免熔體表面滑移，使中心層具有較高的剪切速率。此處取R=0.8um。
3）分流道凝料體積
分流道總長
分流道截面積
凝料體積
4）分流道剪切速率校核
采用經(jīng)驗公式 （5-4）
分流道剪切速率在500～5000之間，故剪切速率校核合格。式中 ， 。
式中 t-注射時間，取1s；
A-梯形面積（0.2226）；
c-梯形周長（2.03）。
5.4 澆口的設計
澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部位，澆口的形狀，位置和尺寸對塑件質量影響很大。
澆口截面積通常為分流道截面積的0.07～0.09倍，澆口截面形狀多為矩形和圓形，澆口長度為0.5～2mm。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定取其下限值，然后試模逐步修正。
5.4.1 澆口類型和位置的確定
該模具是中小塑件的多型腔模具，同時，從所提供塑件圖樣可以看出，在塑件大端端部設置側澆口比較合適。側澆口開設在水平分型面上，從型腔外側面進料。側澆口是典型的矩形截面澆口，能方便的調整充模時的剪切速率和澆口封閉時間，因而又稱為標準澆口，這類澆口加工容易，修整方便，并且可根據(jù)塑件形狀特征靈活地選擇進料位置，因而它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具。澆口形狀及尺寸如圖5-4所示。
圖5-4 澆口形狀及尺寸
5.4.2 澆口尺寸的確定
因為該模具的澆注系統(tǒng)所采用的是非平衡式布置，故應通過調節(jié)澆口尺寸，來實現(xiàn)澆注系統(tǒng)的平衡。澆口尺寸如圖5-4所示。澆口截面尺寸確定過程如下：
1）分流道截面積
2）基準澆口A1、B1、A3、B3這兩組澆口截面尺寸（取）
由
求得
3）其他兩組澆口的截面尺寸
根據(jù)BGV值相等原則：
（5-5）
4）澆口剪切速率校核
由矩形側澆口剪切速率經(jīng)驗公式得
（5-6）
（5-7）
因為、均在～內，故澆口剪切速率校核合格。
5.5 冷料穴的設計
5.5.1主流道冷料穴的設計
開模時應將主流道中的凝料拉出，所以冷料穴直徑應稍大于主流道大端直徑，該模具因主流道較長，欲將主流道凝料順利取出，需設拉料桿，該模具將冷料穴設計成半球形，并采用球頭拉料桿，拉料桿固定在在推板上，開模時利用凝料對球頭的包緊力使主流道凝料從主流道襯套中脫出。
5.5.2分流道冷料穴
當分流道較長時，可將分流道端部沿料流前進方向延長作為分流道冷料穴，以貯存前鋒冷料，該模具的分流道冷料穴在分流道端部加長6mm作為分流道冷料穴。
6 成型零件的設計
模具型腔在模具成型中受到塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度。如果型腔側壁和底板厚度過小，可能因強度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生扭曲變形，導致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度，并影響順利脫模。因此，應通過強度和剛度計算來確定型腔的壁厚，尤其對重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能單純憑經(jīng)驗來確定型腔壁厚和底板厚度[6]。
6.1 成型零件結構設計
1） 型腔
該沖水手柄的表面質量要求較高，故對模具型腔的加工要求也較高，若型腔制成整體式，則整體模板都要用價格較貴的模具鋼，維修也不方便。因此，沖水手柄型腔若采用嵌入式型腔，上述存在的問題就能夠很方便的得到解決。
2） 型芯
型芯是采用嵌入式的，中間孔由絲筒成型。
6.2 成型零件鋼材選用
沖水手柄是大批量生產(chǎn)，成型零件所選用鋼材耐磨和抗疲勞性能應該良好；機械加工性能和拋光性能也應良好。因此構成型腔的定模仁鋼材選用SM1，動、定模板未參與成型，故成型時無料流沖刷，且脫模時沒有塑件的摩擦，因此采用55鋼調質處理。嵌件型芯因其脫模時塑件的摩擦及成型時料流的沖刷，因此選用硬度較高的模具鋼Cr12MoV，淬火后表面層硬度為58HRC～62HRC。動模仁未參與成型，故選用耐磨性、抗疲勞性、機加工性能及拋光性能良好的模具鋼SM1。
6.3 成型零件工作尺寸的計算
由前述可知，塑件尺寸公差按GB/T14486-1993標準中的MT5選取。
6.3.1型腔徑向尺寸計算
1） （6-1）
式中 -塑件平均收縮率；
Ls1-塑件外徑尺寸（取29mm）；
x-修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.5mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
2） （6-2）
式中 -塑件平均收縮率；
Ls2-塑件外徑尺寸（取15mm）；
X-修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.38mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
3） （6-3）
式中 -塑件平均收縮率；
Ls3-塑件外徑尺寸（取180mm）；
x-修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.5）；
Δ-塑件公差值（取1.6mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
4） （6-4）
式中 -塑件平均收縮率；
Ls4-塑件外徑尺寸（取6mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.24mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
5） （6-5）
式中 -塑件平均收縮率；
Ls5-塑件外徑尺寸（取81mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.5）；
Δ-塑件公差值（取1.14mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
6） （6-6）
式中 -塑件平均收縮率；
Ls6-塑件外徑尺寸（取10mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.28mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
7） （6-7）
式中 -塑件平均收縮率；
Ls7-塑件外徑尺寸（取2mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.2mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
6.3.2 型芯徑向尺寸的計算
1） （6-8）
式中 -塑件平均收縮率；
ls1-塑件尺寸（取25mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.5mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
2） （6-8）
式中 -塑件平均收縮率；
ls2-塑件尺寸（取178mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.5）；
Δ-塑件公差值（取1.6mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
3） （6-10）
式中 -塑件平均收縮率；
ls3-塑件尺寸（取77mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.5）；
Δ-塑件公差值（取0.86mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
4） （6-11）
式中 -塑件平均收縮率；
ls4-塑件尺寸（取4mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.24mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
5） （6-12）
式中 -塑件平均收縮率；
ls5-塑件尺寸（取8mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取0.75）；
Δ-塑件公差值（取0.28mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
6.3.3 型腔高度尺寸的計算
1） （6-13）
式中 -塑件平均收縮率；
Hs1-塑件高度尺寸（取10mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取2/3）；
Δ-塑件公差值（取0.28mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
2） （6-14）
式中 -塑件平均收縮率；
Hs2-塑件高度尺寸（取20mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取2/3）；
Δ-塑件公差值（取0.44mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
3） （6-14）
式中 -塑件平均收縮率；
Hs3-塑件高度尺寸（取30mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取2/3）；
Δ-塑件公差值（取0.5mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
4） （6-15）
式中 -塑件平均收縮率；
Hs4-塑件高度尺寸（取27mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取2/3）；
Δ-塑件公差值（取0.5mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
6.3.4 型芯高度尺寸的計算
1） （6-16）
式中 -塑件平均收縮率；
hs1-塑件高度尺寸（取8mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取2/3）；
Δ-塑件公差值（取0.28mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
2） （6-17）
式中 -塑件平均收縮率；
hs2-塑件高度尺寸（取18mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取2/3）；
Δ-塑件公差值（取0.38mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
3） （6-18）
式中 -塑件平均收縮率；
hs3-塑件高度尺寸（取25mm）；
x -修正系數(shù)（因塑件精度要求較高，故此處取2/3）；
Δ-塑件公差值（取0.5mm）；
-模具成型零件的制造誤差，塑件精度級別較高時取。
6.4 型腔零件強度、剛度的校核
塑料模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度。如果壁厚和底板厚度過小，可能因強度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞，也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導致溢料和出現(xiàn)飛邊，降低塑料件尺寸精度并影響順利脫模。因此，應通過強度和剛度計算來確定型腔壁厚。
6.4.1 型腔側壁厚度校核
1）按剛度校核
整體式矩形型腔側壁厚度為
，符合要求。 (6-20)
式中 C-與型腔深度對型腔側壁長邊之比相關的系數(shù)，此處取0.93；
p-型腔壓力MPa，一般取30～50MPa，此處取35MPa；
H-型腔深度，為20mm；
E-模具鋼的彈性模量，預硬化塑料模具鋼E=2×105 MPa；
[δ]-滿足剛度條件的變形量，取0.045。
2）按強度校核
整體式矩形型腔側壁厚度為
(6-21)
式中 α-矩形型腔短邊與長邊的比值，此處為0.148；
p-型腔壓力MPa，一般取30～50MPa，此處取35MPa；
H-型腔深度，為20mm；
W-與型腔深度對型腔側壁長邊之比相關的系數(shù)，此處為0.108；