塑料注射模具设计与制造实例是通过设计图1.1所示的防护罩的注射模，全面介绍了从塑料成形工艺分析到确定模具的主要结构，最后绘制出模具的塑料注射模具设计全过程。
设计任务：
产品名称：防护罩
产品材料：ABS（抗冲）
产品数量：较大批量生产
塑料尺寸：如图1.1所示
塑料质量：15克
塑料颜色：红色
塑料要求：塑料外侧表面光滑，下端外沿不允许有浇口痕迹。塑料允许最大脱模斜度0.5°
图1.1 塑件图
一．注射模塑工艺设计1．材料性能分析（1）塑料材料特性
ABS塑料（丙乙烯—丁二烯—苯乙烯共聚物）是在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为的改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯更好的使用和工艺性能。ABS是一种常用的具有良好的综合力学性能的工程材料。ABS塑料为无定型料，一般不透明。ABS无毒、无味，成型塑料的表面有较好的光泽。ABS具有良好的机械强度，特别是抗冲击强度高。ABS还具有一定的耐磨性、耐寒性、耐水性、耐油性、化学稳定性和电性能。ABS的缺点是耐热性不高，并且耐气候性较差，在紫外线作用下易变硬发脆。
（2）塑料材料成形性能
使用ABS注射成形塑料制品时，由于其熔体黏度较高，所需的注射成形压力较高，因此塑料对型芯的包紧力较大，故塑料应采用较大的脱模斜度。另外熔体黏度较高，使ABS制品易产生熔接痕，所以模具设计时应注意减少浇注系统对料流的阻力。ABS易吸水，成形加工前应进行干燥处理。在正常的成形条件下，ABS制品的尺寸稳定性较好。
（3）塑料的成形工艺参数确定
查有关手册得到ABS（抗冲）塑料的成形工艺参数：
密 度 1.01~1.04克/mm³
收 缩 率 0.3%~0.8%
预热温度 80°c~85°c，预热时间2~3h
料筒温度 后段150°c~170°c，中段165°C~180°c，前段180°c~200°c
喷嘴温度 170°c~180°c
模具温度 50°c~80°c
注射压力 60~100MPa
注射时间 注射时间20~90s，保压时间0~5s，冷却时间20~150s.
2．塑件的结构工艺性分析（1）塑件的尺寸精度分析
该塑件上未注精度要求的均按照SJ1372中8级精度公差值选取。
（2）塑件表面质量分析
该塑件要求外形美观，外表面表面光滑，没有斑点及熔接痕，粗糙度可取Ra0.4μm，下端外沿不允许有浇口痕迹，允许最大脱模斜度0.5°，而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。
（4）塑件的结构工艺性分析
A、从图纸上分析，该塑件的外形为回转体，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。
B、塑件型腔不大，适合批量生产。
C、在塑件侧壁有1个
的孔，因此成型后塑件不易取出，需要考虑侧抽芯装置。
结论：综上所述，该塑件可采用注射成型加工。
3．确定成型设备选择（1）计算塑件的体积和重量
计算塑件的重量是为了选择注射机及确定模具型腔数。
A、计算塑件的体积：V=12723.2mm3（过程略）
B、计算塑件的重量：根据有关手册查得ρ=1.2Kg·dm3
所以，塑件的重量为：W=ρV
=12723.2×1.2×10-3
=15.26g
（2）设备选择
根据塑件形状及尺寸，采用一模两腔的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺杆式注射机：G54—S200/400
选用G54—S200/400型卧式注射机，其有关参数为：
额定注射量 200/400cm³
注射压力 109MPa
锁模力 2540KN
最大注射面积 645cm³
模具厚度 165~406mm
最大开合模行程 260mm
喷嘴圆弧半径 18mm
喷嘴孔直径 4mm
拉杆间距 290mm×368mm
4．成型工艺参数的确定查相关手册得出工艺参数如下表，试模时可根据实际情况作适当调整
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塑料成型工艺卡片 |
资料编号 | ||||||||||
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车间 |
共 1 页 |
第 1 页 | |||||||||
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零件名称 |
防护罩 |
材料牌号 |
ABS |
设备型号 |
G54-S200/400 | ||||||
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装配图号 |
FHZ001 |
材料定额 |
12723.2mm3 |
每模件数 |
2 | ||||||
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零件图号 |
FHZ000 |
单件重量 |
15.26g |
工装号 | |||||||
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材料 干燥 |
设备 | |||||||||
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温度/℃ |
110~120°C | ||||||||||
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时间/h |
8~12 | ||||||||||
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料筒 温度 （℃） |
后段/℃ |
210~240 | |||||||||
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中段/℃ |
230~280 | ||||||||||
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前段/℃ |
240~285 | ||||||||||
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喷嘴/℃ |
240~250 | ||||||||||
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模具温度/℃ |
90~110 | ||||||||||
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时 间 |
注射/s |
20~90 | |||||||||
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保压/s |
0~5 | ||||||||||
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冷却/s |
20~90 | ||||||||||
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压 力 |
注射压力/MPa |
80~130 | |||||||||
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背压/MPa |
80~130 | ||||||||||
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后处理 |
温度 |
100°C |
时间 定额 |
辅助/min | |||||||
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时间 |
8~12 |
单件/min | |||||||||
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检验 | |||||||||||
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编制 |
校对 |
审核 |
组长 |
车间主任 |
检验组长 |
主管工程师 | |||||
（1）质量保证措施
根据塑件技术要求和塑料模塑成型工艺文件技术参数，为保证达到塑件要求采取了如下措施：
①分型面的设置方法
塑料分型面的选择应保证塑件的质量要求，本实例中塑件的分型面有多种选择，如图1.2所示。图1.2a所示的分型面选择在轴线上，这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件表面质量。同时这种分型面也使抽芯困难；图1.2b的分型面选择在下端面，这样的选择使塑件的外表面可以在整体上凹模型腔内成形，塑件大部分外表面光滑，仅在侧向抽芯处留有分型面痕迹。同时侧向抽芯容易，而且塑件脱模方便。因此塑件选择如图1.2b所示的分型面
图1.2 分析面的选择
②侧抽芯的措施
塑件的侧面有直径为10mm的圆孔，因此模具应有侧向抽芯结构，由于推出距离较短，抽出力较小，所以采用斜面斜导柱、滑块抽芯机构。斜导柱装在定模板上，滑块装在推件板上。
③脱模斜度的数值
为确保塑件外形美观，外表面表面光滑，没有划伤、熔接痕，需要将脱模斜度设计略微大一些，而制件允许最大脱模斜度0.5°，故脱模斜度即设计该值。
（2）合理的确定型腔数
为提高塑件生产的经济效益，在注射机容量能满足要求的前提下，应计算出较合理的型腔数。随型腔的数量增多，每一只塑件的模具费用有所降低。该塑料形状较简单，质量较小，生产批量较大。所以应使用台多型腔注射模具。考虑到塑件侧面有直径为10mm的圆孔，需侧向抽芯，所以模具采用一模两腔、平横布置。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。其布置如图1.3所示。
图1.3 塑件布置图
（3）浇道和浇口设置
浇口对塑件的形式、尺寸精度、熔接痕位置、二次加工和商品价格等有很大影响，因而必须首先对浇道和浇口对具体塑件的成型关系进行分析。根据该制件的结构特点可以考虑采用点浇口和侧浇口两种形式，但是塑件明确要求下端外沿不允许有浇口痕迹，所以塑件采用点浇口成形，其浇注系统如图1. 4所示。点浇口直径为0.8mm，点浇口长度为1mm，头部球R1.5~2mm，锥角α为6°。分流道采用半圆截面流道，其半径R为3~3.5mm。主流道为圆锥形，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径6~8mm。
图1.4 点浇口浇注系统
（4）模具制造成本估算（略）
2．确定模具类型（1）塑料采用注射成形法生产。为保证塑料表面质量，使用点浇口成形，因此模具应为双分型面注射模（三板式注射模）。
（2）因塑件尺寸较小，模具规模不大，为了降低加工难度，该模具采用直接加工型腔，即整体式结构。
（3）从塑件侧孔的角度考虑，制件孔较小，所需的抽芯力不大，所以可以利用斜导柱抽芯。
3．确定模具主要结构（1）模具的结构形状
模具结构为双分型面注射模，如图1.5所示。采用拉杆和限位螺钉，控制分型面A—A的打开距离，其开距应大于40mm，方便浇口。分型面B—B的打开距离，其开距应大于65mm用于取出制件。模具分型面的打开顺序，由安装在模具外侧的弹簧—滚柱式机构控制。
图1.5 双分型面注射模模具结构
1－限位拉杆 2－导套 3－定模板 4－螺钉 5－推件板 6－推杆 7－动模板 8－支承板 9－推杆固定板 10－推板 11－垫块 12－动模座 13－导柱 14－导套 15－导套 16－定模座 17－流道板 18－导套 19－导柱 20－限位螺钉
（2）选择模架
①模架的结构，如图1.6所示.
②模架安装尺寸校核
模具外形尺寸为长300mm、宽250mm、高345mm,小于注射机拉杆间距和最大模具厚度,可以方便的安装在注射机上。
图1.6 模架
（3）型腔布置
根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求，确定了一模两腔的模具结构，其排布方式如图1.7所示。
图1.5 型腔排布方式
（4）确定分型面
如前所述，为了保证塑件的表面质量，且有利于模具加工、排气、脱模及成型操作，分型面选择如图1.5所示的A-A分型面。
（5）确定浇注系统和排气系统
主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小以及排气方法、排气槽的位置、大小如图1.4所示。
（6）选择推出方式
由于塑件形状为圆壳形而且壁厚较薄，使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用。所以选择推件板推出机构完成塑件的推出，这种方法结构简单、推出立均匀，塑件在推出时变形小，推出可靠。
（7）冷却系统
①模具加热
一般生产ABS材料塑性的注射模具不需要外加热。
②模具冷却
模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。
型腔的冷却是由定模板（中间板）上的两条Φ10mm的冷却水道完成，如图1.6所示。
图1.6 定模板冷却水道
型芯的冷却如图1.7所示，在型芯内部开有Φ16mm的冷却水孔，中间用隔水板2隔开，冷却水由支承板5上的Φ10mm冷却水孔进入，沿着隔水板的一侧上升到型芯的上部，翻过隔水板，流入另一侧，再流回支承板上的冷却水孔。然后继续冷却第二个型芯，最后由支承板上的冷却水孔流出模具。型芯1与支承板5之间用密封圈3密封。
图1.7 型芯的冷却
1－型芯 2－隔水板 3－密封圈 4－定模板 5－支承板
（8）模具总体结构
模具结构示意如图1.8所示。
图1.8 模具结构示意图
1－导柱 2－导套 3－拉杆 4－定模板（中间板） 5－螺钉 6－导套 7－复位杆 8－动模座板 9－螺钉 10－推板 11－推杆固定板 12－垫块 13－支承板 14－密封圈 15－隔水板 16－动模板 17－定位销 18－推件板 19－侧滑块 20－斜楔 21－斜导柱 22－型芯 23－螺钉 24－脱出板 25－定模座板 26－定模镶块 27－拉料杆 28－定位圈 29－浇口套 30－导柱 31－导套 32－导套 33－限位螺钉
（9）模具零件厚度及外形尺寸
①型腔结构
如图1.8所示，型腔由定模板4、定模镶件26和19共三部分组成。定模板4和滑块19构成塑件的侧壁，定型镶件26成形塑件的顶部，而且点浇口开在定模镶件上，这样使加工方便有利于型腔的抛光。定模镶件可以更换，提高了模具的使用寿命。
②型芯结构
如图1.8所示，型芯由动模板16上的孔固定。型芯于推件板18采用锥面配合，以保证配合紧密，防止塑件产生飞边。另外，锥面配合可以减少推件板在推件运动时与型芯之间的磨损。型芯中心开有冷却水孔，用来强制冷却型芯。
③模具的导向结构
如图1.8所示，为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱子1和导套2导向定位。推件板18上装有导套6，推出制件时，导套6在导柱1上运动，保证了推件板的运动精度。定模座板上装有导柱30，为点浇口凝料推板24和定模板4的运动导向。
④结构强度计算（略）
（7）计算成型零件工作尺寸
取ABS的平均成形收缩为0．6%，塑件未注公差按照SJ1372中8级精度公差值选取。
①型腔径向尺寸
模具最大磨损取塑件公差的1/6；模具制造公差〥z=△/3；取X=0.75.
Φ40 0.26→Φ40.26-0.26
(Lm1) 〥0=[(1 S)Ls1-X△] 〥0
=[(1 0.6%)×40.26-0.75×0.26] 0.09
=40.31 0.09
R25＋0.94→R25.94-0.94
(Lm2) 〥0=[(1 S)Ls2-X△] 〥0
=[(1 0.6%)×25.94-0.75×0.94] 0.31
=25.39 0.31
②型腔深度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具制造公差〥z=△/
取X=0.5。
50 1.2→51.2-1.2
（Hm1） 〥0=[(1 S)Hs1-X△] 〥0
=[(1 0.6%)×51.2-0.5×1.2] 0.40
=50.91 0.40
45 1.2→46.2－1.2
(Hm2) 〥0=[(1 S)Hs2-X△] 〥0
=[(1 0.6%)×46.2×1.2] 0.40
=45.88 0.40
(3) 型芯径向尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6； 模具制造公差〥z=△/3；取X=0.75.
Φ36.8 0.26→Φ36.8 0.26
(Ls1)0-〥z=[(1 S)Ls1 X△]0-〥Z
=[(1 0.6%)×36.8 0.75×0.26] -0.09
=37.220-0.09
Φ10 0.52→Φ10 0.52
(Ls2) 0-〥z=[(1 S)Ls2 X△]0-〥Z
=[(1 0.6%)×10 0.75×0.25] -0.17
=10.450-0.17
(4) 型芯高度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6； 模具制造公差〥z=△/3；取X=0．5。
1）48.4 1.2→48.4 1.2
(hm1) 0-〥z=[(1 S)hs1 X△] 0-〥Z
=[(1 0.6%)×48.4 0.5×1.2]-0.40
=49.29-0.40
2) 15 0.68→15 0.68
(hm2) 0-〥z=[(1 S)hs2 X△] 0-〥Z
=[(1 0.6%)×15 0.5×0.68] -0.23
=15.43-0.23
四．模具总装图1．模具总装图（略）
2．模具工作原理（略）
五．模具的装配、试模1．模具的装配（略）
2．模具的安装试模试模是模具中的一个重要环节，试模中的修改、补充和和调整是对于模具设计的补充。
（1）试模前的准备
试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与注射机各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。检查模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要正确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。
（2）模具的安装及调试
模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。
模具安装在注射机上要注意以下几方面：
①模具的安装方位要满足设计图样的要求。
②模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。
③当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。
④模具带有液压油路接头，气路接头，热流道元件接线板时，尽可能放在非操作一侧，以免操作不方便。
模具在注射机上的固定多采用螺钉，压板的形式，如图1.9所示。一般每侧4～8块压板，对称布置。
图1.9 模具固定
1－压板 2－螺钉 3－模具 4－注射机安装板
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。
（3）试模
模具安装调试后既可以进行试模
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。试模注射器出样件。试模过程中容易产生的缺陷及原因可参考表10-9。
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。
（4）检验
通过试模可以检验出模具结构是否合理；所提供的样件是否符合用户的要求；模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，对模具进行修改、调整、再试模，使模具和生产出的样件满足客户的要求，试模合格的模具，应清理干净，涂防锈油入库保存。
六．主要零件图及加工规程1．中间板零件图及加工工艺规程定模板（中间板）零件图如图1.10所示。
图1.10 中间板零件图
定模板（中间板）的加工工艺：
（1）以基准角定位，加工Φ52 0．02mm和Φ40．31 0．09mm的型腔孔，可以采用坐标镗或加工中心完成。
（2）以基准角定位，加工宽32mm、长40mm、深25mm及宽10mm、深20．66-0．23mm的装配侧滑块孔，可以采用铣床或加工中心完成。
（3）以基准角定位，加工宽32mm、长20mm、深40mm的斜楔装配孔及其上的M8螺钉沉孔，可以采用铣床和钻床加工。
（4）钳工研配侧滑块和斜楔。
（5）将侧滑决装入定模板侧滑块孔内锁紧固定，共同加工Φ15mm的斜导柱孔，可以采用铣床和钻床加工。
（6）以基准角定位，加工4×Φ16mm孔，可以铣床和钻床加工。
（7）加工2×Φ10mm冷却水孔，由钻床或深孔钻床完成。
2．侧滑块加工工艺规程侧滑块加工工艺如下：
（1）加工外形尺寸，由铣床或加工中心完成。
（2）钳工研配，首先与推件板研配侧滑块的滑道部分，要求滑动灵活，无晃动间隙；其次研配侧滑块与型芯及定模板的配合，要求配合接触紧密，注射成形时不产生飞边；最后研配斜楔，要求斜楔在注射成形时锁紧侧滑块。
（3）与定模板配钻斜导柱孔。
（4）加工侧滑块的两个Φ3mm定位凹孔。
3．动模板零件图及加工工艺规程动模板（型芯固定板）零件图如图1.11所示。
图1.11 动模板（型芯固定板）零件图
动模板（型芯固定板）加工工艺如下：
（1）以基准角定位，加工Φ50 0.02mm和Φ60mm的型芯固定孔，可以采用坐标镗床或加工中心完成。
（2）以基准角定位，加工4×Φ21mm孔，可采用镗床钻床完成。
（3）钳工装配型芯。
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