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设计题目： 塑料制件注塑模具设计
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二 〇 一〇年 十一月
目 录
绪 论 1
第一章 塑料及其分类 2
1.1塑料的简介 2
1.2 塑料的分类 2
第二章 塑料成型方法 3
2.1塑料成型方法介绍 3
2.2注射成型工艺过程 4
第三章 成型模具介绍 5
3.1注射成型模具基本结构 5
3.2注射成型模具分类 5
第四章 PVC管架注塑模具设计方案 6
4.1设计原始材料 6
4.2注射机的选择 6
4.3模具结构设计 7
结 论 10
参考文献 11

绪 论
高分子材料科学是现代自然科学的结晶，是物质科学中的新科学和增长点。高分子材料科学的问世改变了20世纪的物质文明，推动了人类的进步。高分子材料已在人们的衣食住行和国防建设、生态环境等众多领域得到广泛的应用，并为新世纪的物质文明谱写着更丰富的篇章。
高分子材料通常包括塑料、合成橡胶和合成纤维。作为高分子材料之一的塑料，由于原料丰富，制造方便、加工容易、质地优良、轻巧耐用、用途广泛和投资效益显著，目前世界上的体积产量已经赶上和超越了钢铁，成为人类使用的主要材料。世界各国都非常重视塑料工业的发展，其低成本、高效益为制造业带来了巨大的财富。中国改革开放后的经济高速增长也包含了突飞猛进的塑料工业的巨大贡献。
塑料工业是一个复杂的系统，是集原材料、加工工艺、制造设备和成型模具等一系列科技产业为一体的高科技产业。目前，中国的塑料工业的总体水平与其他先进国家相比还有一定差距，还需要大力推进这门新兴学科及其产业的科技进步和基础建设，重视开展相应的基础性研究和应用研究，并进一步加强对塑料工业急需的专业技术人才的培养。

第一章 塑料及其分类
1.1塑料的简介
塑料是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某阶段可流动成型的材料。所谓高分子聚合物，是指有成千上万结构相同的小分子单体通过加聚或缩聚反应形成的长链大分子。它既存在于大自然中（称为天然树脂），又能够用化学方法人工制取（称为合成树脂）。合成树脂是塑料的主体，在合成树脂中加入某些添加剂，如稳定剂、填料、增塑剂、润滑剂、着色剂等，可以得到各种性能的塑料品种。由于添加剂所占比例较小，塑料的性能主要取决于合成树脂的性能。
1.2 塑料的分类
一、按使用特性分类
（1）通用塑料。一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。通用塑料有五大品种，即聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)及丙烯青─丁二烯─苯乙烯共聚合物（ABS）。
　　（2）工程塑料。一般指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料，如聚酰胺、聚砜等。
　　（3）特种塑料。一般是指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。
二、按理化特性分类
（1）热塑性塑料。热塑性塑料是指加热后会熔化，可流动至模具冷却后成型，再加热后又会熔化的塑料。
（2）热固性塑料。热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料。

第二章 塑料成型方法
2.1塑料成型方法介绍
塑料的成型加工是指由合成树脂制造厂制造的聚合物制成最终塑料制品的过程。
　　1．吸塑。
　　用吸塑机将片材加热到一定温度后，通过真空泵产生负压将塑料片材吸附到模型表面上，经冷却定型而转变成不同形状的泡罩或泡壳。
　　2．压塑 。
　　压塑也称模压成型或压制成型，压塑主要用于酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂等热固性塑料的成型。
　　3．挤塑。
　　挤塑又称挤出成型，是使用挤塑机（挤出机）将加热的树脂连续通过模具，挤出所需形状的制品的方法。挤塑有时也有于热固性塑料的成型，并可用于泡沫塑料的成型。挤塑的优点是可挤出各种形状的制品，生产效率高，可自动化、连续化生产；缺点是热固性塑料不能广泛采用此法加工，制品尺寸容易产生偏差。
　　4．注塑。
　　注塑又称注射成型。注塑是使用注塑机（或称注射机）将热塑性塑料熔体在高压下注入到模具内经冷却、固化获得产品的方法。注塑也能用于热固性塑料及泡沫塑料的成型。注塑的优点是生产速度快、效率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。缺点是设备及模具成本高，注塑机清理较困难等。
　　5．吹塑 。
　　吹塑又称中空吹塑或中空成型。吹塑是借助压缩空气的压力使闭合在模具中的热的树脂型坯吹胀为空心制品的一种方法，吹塑包括吹塑薄膜及吹塑中空制品两种方法。用吹塑法可生产薄膜制品、各种瓶、桶、壶类容器及儿童玩具等。
　 6．压延 。
　　压延是将树脂合各种添加剂经预期处理（捏合、过滤等）后通过压延机的两个或多个转向相反的压延辊的间隙加工成薄膜或片材，随后从压延机辊筒上剥离下来， 再经冷却定型的一种成型方法。压延是主要用于聚氯乙烯树脂的成型方法，能制造薄膜、片材、板材、人造革、地板砖等制品。
　　7．发泡成型。
发泡材料（PVC,PE和PS等）中加入适当的发泡剂，使塑料产生微孔结构的过程。几乎所有的热固性和热塑性塑料都能制成泡沫塑料。按泡孔结构分为开孔泡沫塑料（觉大多数气孔互相连通）和闭孔泡沫塑料（绝大多数气孔是互相分隔的），这主要是由制造方法（分为化学发泡，物理发泡和机械发泡）决定的。
2.2注射成型工艺过程
一 生产前的准备工作 为了使注射成型生产顺利进行和保证塑件质量，生产前需要进行原料预处理、清洗料筒、预热嵌件和选择脱模剂等一系列准备工作。
二 塑化计量 成型物料在注射机料筒内经过加热压实以及混合等作用以后，由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均化熔体的过程叫塑化。计量是指能够保证注塑机通过柱塞或螺杆，将均化好的熔体定温，定压，定量的输出机筒所进行的动作，这些动作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。
三 合模注射 柱塞或螺杆从机筒内的计量位置开始，通过注射油缸和活塞施加高压，将塑化好的熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的浇注系统快速注入封闭模腔的过程称为注射充模。
四 冷却定型 冷却定型从浇口冻结时间开始，到制品脱模为止，是注射成型的最后阶段，在此阶段中需要注意的问题有模腔压力、制件密度、熔体在模内的冷却情况以及脱模条件等。
五 塑件的后处理 由于塑化不均匀或塑料在型腔内的结晶、取向、冷却及金属嵌件的影响等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂。为了解决这些问题，可对塑件进行一些适当的后处理。常用的后处理方法有退火和调湿两种。（1）退火处理。退火处理是将塑件放在定温的加热介质（如热水、热空气或液体石蜡等）中保温一段时间，然后缓慢冷却至室温，从而消除塑件内应力的过程。（2）调湿处理。调湿处理是将刚脱模的塑件放入热水中，以隔绝空气、防止塑件氧加快吸湿平衡的一种后处理方法。

第三章 成型模具介绍
3.1注射成型模具基本结构
一、 根据各部分起作用不同分类:
〈一〉 浇注系统：将塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，其由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成，由零件的浇注套，拉料杆等组成。
〈二〉 成型零件：是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件内部形状），型腔（成型塑料外部形状），成型杆，镶块等构成。
〈三〉 结构零件：构成零件结构的各种零件，在模具中起安装，导向，机构动作及调温等作用。
〈四〉导向零件：为了确保动模与定模合模时能准确对中，如导柱，导套 。
〈五〉侧向分型抽芯机构：有些带有侧凹或侧孔的塑件，被推出以前必须先进行侧向分型抽芯，抽出侧向型芯后方能顺利脱模，此时需要在模具中设置侧向分型抽芯机构。
〈六〉推出机构：在开模过程中，需要有推出机构将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出。一般由推杆、推出固定板、推板及主流道内的拉料杆组成。
〈七〉排气槽：用以将成型过程中的气体充分排除。常用的办法是在分型面处开设排气沟槽。
二 、根据其运动特点均可分为两大部分：
定模部分：一部份留于模具机座的定模板上；动模部分：随注射机动模板运动的部分
定模部分与动模部分闭合则可形成型腔与浇注系统
3.2注射成型模具分类
一、按注射机类型分：
立式注射机，卧式注射机，直角式注射机上用的模具
二、 按注射模具的总体结构特征分：
1、 单分型面模 分流道位于分型面上，需切除流道凝料。
2、 点浇口脱出模具（三板式模具）
3、 带横向轴芯的分型模具
4、 自动卸螺纹注射成型模具
第四章 PVC管架注塑模具设计方案
4.1设计原始材料
PVC管架的形状及尺寸，图一。
材料：聚氯乙烯（PVC）。
1 材料聚氯乙烯（PVC）简介
聚氯乙烯是一种无毒、无臭的白色粉末。它的化学稳定性很高，具有良好的可塑性。除少数有机溶剂外，常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以下的硫酸、50～60%的硝酸及20%以下的烧碱，对于盐类亦相当稳定；PVC的热稳定性和耐光性较差，在140℃以上即可开始分解并放出氯化氢(HCl)气体，致使PVC变色。
PVC的电绝缘性优良，一般不会燃烧，在火焰上能燃烧并放出HCl，但离开火焰即自熄，是一种“自熄性”、“难燃性”物质。基于上述特点，PVC主要用于生产型材、异型材、管材管件、板材、片材、电缆护套、硬质或软质管、输血器材和薄膜等领域。
2 估算制件体积
V=（12*14*2.5-π*42*2.5）*2+(11.72-102)*π*18+π*26*0.5*14*1.8
=3702.5mm3
3 PVC密度
ρ= 1.4g/cm3
4 制件质量
m=ρV=1.4*3.702g=5.18g
5 最大投影面积
S=14*50mm2=700 mm2
4.2注射机的选择
型号： XS-ZY-125
参数： 螺杆（柱塞）直径/mm φ2
注射容量/(cm3或g) 125
注射压力/105Pa 1190
锁模力/10kN 90
最大注射面积/cm2 320
模具厚度/mm 最大 300 最小 200
模板行程/mm 300
喷嘴 球半径/mm 12 孔直径/mm φ4
4.3模具结构设计
1确定型腔数目n
确定型腔数目的方法有：根据锁模力、根据最大注射量、根据制品精度要求、根据经济性等，在设计时应根据实际情况决定采用哪一种方法，并综合考虑确定型腔数目。
按照所用注射机的最大注射量V(cm3)初定型腔数目n；
n=KVP-V2/V1=（0.8*125-10）/5.18=17.3
所以初定型腔数目为16
2 确定分型面
虽然在制品设计阶段分型面已经考虑或者选定，在模具设计阶段仍应再次校核，从模具结构及成型工艺的角度判断分型面的选择是否合理。
即采用但分型面注射模还是采用双分型面注射模。比较可知但分型面是注射模具中最简单的一种，应优先采用。
3 确定型腔的位置
型腔的布置实际上是模具结构总体方案的规划和确定。因为一旦型腔布置完毕，浇注系统的走向和类型便已确定。冷却系统和推出机构在布置型腔时也必须给予从分的注意，若冷却管道布置与推杆孔、螺栓孔发生冲突时要在型腔布置中进行调节，当型腔、浇注系统、冷却系统、推出机构的初步位置决定后，模板的外形尺寸基本上就已确定，从而可以选择合适的标准模架。
在多模型腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，在制件形状和性能要求不十分严格的情况下，模具加工的难易程度就成了模具结构设计所考虑的主要因素，本设计采用非平衡式布置。
型腔数目及排布，图二。
4 确定浇注系统
浇注系统的平衡及浇口位置和尺寸是浇注系统的设计重点。浇注系统往往决定了模具的类型，如采用侧浇口，一般选用单分型面的两板式模即可，如采用点浇口，往往就得选用双分型面的三板式模具，以便分别脱出流道凝料和塑料制品。
浇注系统，图三。
主流道形状及其与注射机喷嘴的配合关系，图四。
5 确定脱模方式
在确定脱模方式时首先要确定制品和流道凝料留在模具的哪一侧，必要时要设计强迫滞留的结构，然后再决定是采用推杆式还是推件板结构。特别要注意确定侧凹制品的脱模方式，因为当决定采用侧抽芯结构时，模板的尺寸就得加大，在型腔配置时要留出侧抽芯结构的位置。
由于采用的是单分型面注射模，所以开模后必须保证制件和凝料滞留在模具的动模侧。另外，该制件属于薄壁壳体类，应优先采用推件板脱膜结构。
6 冷却水道和导向结构的布置
（1）冷却水道
为了简化模具加工，将冷却水道设计成直通的，分别开设在凹模固定板和凸模固定板上，冷却水道、推杆和导向结构的分布位置不得相互干涉，更不能影响模具的刚度和强度。
（2）导向结构
a)合模导向结构设计
（a）导柱：导柱一般有带头导柱和有肩导柱两种形式，优先选用带头导柱。
（b）导套:导套有直导套和带头导套两种形式。
（c）导柱与导套的配合。
（d）导柱和导套的配合精度。
（e）导柱数量：采用2件。
b)推出导向结构
7 确定凹模和凸模的结构及固定方式
（1）凹模：凹模采用整体嵌入式，这样不但省去了凹模垫板，也有利于开设分流道。凹模的固定，除采用静配合外，还采用螺钉底部固定，防止凹模镶块松动脱落或凹模转动。
（2）凸模：凸模采用固定板固定。
8 确定排气方式
由于型腔较浅，制件形状简单对称，注射成型时产生的气体，可以通过分型面和各零件的配合间隙排出，故不需要单独设置排气装置。

结 论
此次设计是对PVC管架的初步设计，本设计进行了相关的工艺计算，包括对注塑机型号的选择、型腔数目及排布的计算；成型零件工作部分尺寸计算；浇注系统流道尺寸计算等。还需进行校核模具与注射剂有关的尺寸，包括注射量校核、锁模力校核、注射压力校核、模具安装尺寸校核等。并要进行模具尺寸的具体计算和模具图的绘制。在设计完成后还需进行试模，对注射机运作参数，及模具进行修正，直至制件合格，最终投产。
在模具设计及制造过程中，注射模具的发展受到两方面的制约：一方面是模具的设计与制造技术，另一方面是注射成型的工艺条件。前者影响模具的加工制造水平，后者影响模具的使用性能。从模具功能角度讲，本文完成了对塑件形状及尺寸、浇注系统、成型系统的设计。
冷却系统的设计不是很理想，受模具加工制造水平的限制，所设计冷却管道只能是直的管道；而不能生产出与制件外形相似的冷却管道。直管道的冷却不一致易使制品产生翘曲、变形等缺陷．随着加工制造水平的不断发展，与制件外形相似的冷却管道就可生产出来，这样制品的各方面的性能都得到了提高。

参考文献
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