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畢業(yè)設計說明書
題目名稱： 化妝品噴頭塑料模具設計
院系名稱：
班 級：
學 號：
學生姓名：
指導教師：
2011年05月
論文編號：
化妝品噴頭塑料模具設計
The design of cosmetics shower nozzle plastic mold
院系名稱：
班 級：
學 號：
學生姓名：
指導教師：
2011年 05月
摘要
本課題主要是針對噴頭的模具設計,通過對所設計的塑件進行工藝的分析和方案比較,最終設計出一副注塑模具。該課題從產品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的型腔數(shù)、澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核、都有詳細的設計。針對噴頭的具體結構分析比較，該模具是點澆口的單分型面注射模具，由于噴頭體積較小，所以應采取一模多腔結構，以實現(xiàn)高效率生產，本注塑模對型腔采用雙排平衡式排列，以便采用平衡式澆注系統(tǒng)，其優(yōu)點在于簡化機構，使模具外形對稱，從而可以得到尺寸正確，外表美觀，物理性能良好的塑件制品。由于塑件具有側向噴嘴，所以必須設置斜導柱，采用側向抽芯的結構形式。
關鍵詞 塑料模具，化妝品噴頭，側向抽芯
Abstract
This topic mainly aimed at the mold design of shower nozzle. Through? the analysis and comparison of the plastic product which comes from your design , the plastic mold was designed. This topic came from the technology capability of product, the structure of the mold embarks,the Type cavity number. the pours system, the injection molding system and the related parameter examination have detailed design . Concrete structure specifically for the shower nozzle, be a mould's turn to be that mark of type injects a mould face to face count the running gate Shan, since shower nozzle volume is less therefore should adopt one multiple-cavity model structure, to realize high efficiency giving birth to a child, produce plastic articles by injection moulding the model adopt pair of rows to balance style arranging to type cavity , that whose merit is lain in makes mould external form symmetrical to adopt balance style to pour system, can get correct, have a fine exterior, Physical fine dimension function .Since moulding have a spray nozzle , therefore must interpose tilted guide pin, strengthen the structure form adopt side direction to take a core out.
Key words?： Plastic mold，?Cosmetics shower nozzle，Side direction to take a core out
目 錄
1 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
2 產品技術要求和工藝分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1 產品技術要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1.1 產品設計圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.1.2 產品技術要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2
2.2 塑件的工藝分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2.1 塑件結構工藝性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.2.2 塑件工藝性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.3 塑件材質工藝性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.4 成型工藝性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.4.1 ABS塑料主要的性能指標．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
2.4.2 塑件的體積重量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4
2.4.3 ABS的注射成型工藝參數(shù)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3 擬定成型方案．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.1 分型面位置的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6
3.2 成型方案的列出．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.2.1 分型面的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
3.2.2 型腔數(shù)的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8
3.2.3 確定型腔的排列．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
3.2.4 澆注系統(tǒng)的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
3.2.4.1 主流道的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9
3.2.4.2 冷料井的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
3.2.4.3 分流道的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
3.2.4.4 澆口的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13
3.2.5 排氣、溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
3.2.5.1 排氣系統(tǒng)的設計與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
3.2.5.2 冷卻系統(tǒng)的設計與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
3.2.5.3 模具加熱系統(tǒng)的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
3.3 模架的選定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15
4 模具工作零件的設計與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
4.1 凹模的結構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17
4.2 凹模厚度的計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
5 脫模結構的設計與計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
5.1 脫模力的計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
5.2 推桿直徑的計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
5.3 側抽芯與側向分型機構．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20
5.3.1 斜導柱直徑的確定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
5.3.2 斜導柱長度計算和最小開模行程計算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22
6 注射機與模具各參數(shù)的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
6.1 工藝參數(shù)的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
6.1.1 注射量的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
6.1.2 鎖模力的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
6.1.3 最大注射壓和的校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24
6.2 安裝參數(shù)校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
7 模具的裝配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
7.1 模具裝配順序．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
7.2 開模過程分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27
8 總結．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28
致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
中原工學院2011屆畢業(yè)設計說明書
1? 引言
隨著中國當前的經(jīng)濟形勢的日趨好轉，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，模具工業(yè)能促進工業(yè)產品生產的發(fā)展和質量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國民經(jīng)濟中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關于當前國家產業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務。
模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。
對模具的全面要求是：能生產出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結構合理、制造容易、成本低廉
模具影響著制品的質量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內應力大小、各向同性性、外觀質量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結構對操作難以程度影響很大。在大批量生產塑料制品時，應盡量減少開模，以實現(xiàn)高效率生產。
近年來，塑料模具的產量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內，塑料在其中固化成型。
? 本次畢業(yè)設計的主要任務是化妝品噴頭模具設計。也就是設計一副注塑模具來生產化噴頭塑件產品。針對化妝品的具體結構，通過此次設計，使我對點澆口單分型面?zhèn)认虺樾灸＞叩脑O計有了較深的認識。同時在設計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準、期刊等，結合教材上的知識也對注塑模具的組成結構（成型零部件、型腔布局，澆注系統(tǒng)、側向抽芯機構、導向部分、推出機構、排氣系統(tǒng)、模溫調節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識。通過畢業(yè)設計能夠對以上各方面的要求靈活運用，為將來獨立完成模具設計積累了一定的經(jīng)驗。
2 產品技術要求和工藝分析
2.1產品技術要求
2.1.1產品設計圖
產品設計圖見圖2-1、圖2-2和圖2-3。
圖 2-1 產品3D圖俯視圖 圖 2-2 產品3D圖仰視圖
圖 2-3 產品2D圖
2.1.2? 產品技術要求
塑料零件的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS，其表面要求無凹痕。
? 此塑件上有多個尺寸有精度要求：零件上有多個尺寸有精度要求，該零件的重要尺寸4±0.09mm的尺寸精度為3級 ,次重要尺寸12 ±0.07mm,9.1±0.07mm的尺寸精度為4級, 15 ±0.52mm為MT7級塑料精度，屬于中等精度等級，在模具設計和制造過程中要嚴格保證這些尺寸的精度要求。
? 其余尺寸均無精度要求為自由尺寸，可按MT8級精度查取公差值。
2.2 塑件的工藝分析
2.2.1 塑件結構工藝性
噴頭尺寸見圖三整體尺寸18mm×15.3mm外部由圓柱形體并到角形成，內部由一圓柱形腔但有三個寬度為1mm高5mm寬的長方形加強筋，化妝品噴頭屬于內部配件，表面精度要求較高，尺寸精度要求也較高。
2.2.2 塑件工藝性分析
? ?(1) 該塑件尺寸較小且要求塑件表面精度等級較高，無凹痕。采用點澆口流道的單分型面型腔注射?？梢员ＷC其表面精度。
? ?(2) 該塑件為中小批量生產 ，且塑件的形狀較復雜。為了加工和熱處理，降低成本，該塑件采用一模多腔的結構，并且采用平衡式排列，以便于采用平衡式澆注系統(tǒng)，從而得到尺寸正確，外表美觀，物理性能良好的塑件制品。從而也可以提高生產效率。
2.3 塑件材質工藝性
此化妝品噴頭是采用 ABS注塑成的。查相關手冊可知。
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS樹脂微黃色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐熱，耐化學腐蝕，丁二烯使聚合物具有優(yōu)越的柔性，韌性；苯乙烯賦予聚合物良好的剛性和加工流動性。因此ABS樹脂具有突出的力學性能、沖擊強度高、尺寸穩(wěn)定、易成型、耐腐蝕、耐熱、耐寒等良好的綜合性能。同時具有吸濕性強，但原料要干燥，它的塑件尺寸穩(wěn)定性好。
2.4成型工藝性
2.4.1 ABS塑料主要的性能指標：
密度 (Kg.dm-3) 1.13～1.14
收縮率 % 0.3～0.8
熔 點 ℃ 130～160
熱變形溫度 45N/cm 65～98
彎曲強度 Mpa 80
拉伸強度 MPa 35～49
拉伸彈性模量 GPa 1.8
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強度 Mpa 18～39
缺口沖擊強度 kJ/㎡ 11～20
硬 度 HR R62～86
體積電阻系數(shù) Ωcm 1013
擊穿電壓 Kv.mm-1 15
介電常數(shù) 60Hz3.7
比熱容 J/kg.k 1470
摩擦系數(shù) 0.15
2.4.2 塑件的體積重量
計算塑件的重量是為了選用注射機及確定模具型腔數(shù)。
計算得塑件的體積：使用PRO/E軟件畫出三維實體圖，軟件能自動計算出所畫圖形塑件的體積。V＝1460mm3
計算塑件的質量：
公式為W＝Vρ （2-1）
根據(jù)《實用模具技術手冊》P235表12-3查得丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS的密度為ρ＝1.13-1.14kg/dm3，此處取1.135 kg/dm3故塑件的重量為：
W＝Vρ＝1460×1.135×10-3
?。?.657g
根據(jù)注射所需的壓力和塑件的重量以及其它情況，可初步選用的注射機為
SZ－60/40型注塑成型機，經(jīng)查《實用注塑模設計手冊》P7表2-1，該注塑機的各參數(shù)如表2-1所示：
表2-1 SZ－60/40型注塑成型機個參數(shù)
理論注射量/cm3
60
移模行程/mm
180
螺桿直徑/mm
30
最大模具厚度/mm
280
注射壓力/Mp
150
最小模具厚度/mm
160
鎖模力/KN
400
噴嘴球半徑/mm
15
拉桿內間距/mm
295×185
噴嘴口孔徑/mm
φ3.5
2.4.3 ABS的注射成型工藝參數(shù):
注塑機類型：螺桿式
噴嘴形式： 通用式
料筒一區(qū) 150～170 ℃
料筒二區(qū) 180～190 ℃
料筒三區(qū) 200～210 ℃
噴嘴溫度 180～190 ℃
模具溫度 50～70 ℃
注塑壓 60～100 Mpa
保壓 40～60 Mpa
注塑時間 2～5 s
保壓時間 5～10 s
冷卻時間 5～15 s
周期 15～30 s
后處理 紅外線烘箱
溫度（70）
時間（0.3～1）
3 擬定成型方案
3.1 分型面位置的確定
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：
a)保證塑料制品能夠脫模
這是一個首要原則，因為我們設置分型面的目的，就是為了能夠順利從型腔中脫出制品。根據(jù)這個原則，分型面應首選在塑料制品最大的輪廓線上，最好在一個平面上，而且此平面與開模方向垂直。分型的整個廓形應呈縮小趨勢，不應有影響脫模的凹凸形狀，以免影響脫模。
b)使型腔深度最淺
模具型腔深度的大小對模具結構與制造有如下三方面的影響：
1)目前模具型腔的加工多采用電火花成型加工，型腔越深加工時間越長，影響模具生產周期，同時增加生產成本。
2)模具型腔深度影響著模具的厚度。型腔越深，動、定模越厚。一方面加工比較困難；另一方面各種注射機對模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜過大。
3)型腔深度越深，在相同起模斜度時，同一尺寸上下兩端實際尺寸差值越大，如圖2。若要控制規(guī)定的尺寸公差，就要減小脫模斜度，而導致塑件脫模困難。因此在選擇分型面時應盡可能使型腔深度最淺。
c)使塑件外形美觀，容易清理
盡管塑料模具配合非常精密，但塑件脫模后，在分型面的位置都會留有一圈毛邊，我們稱之為飛邊。即使這些毛邊脫模后立即割除，但仍會在塑件上留下痕跡，影響塑件外觀，故分型面應避免設在塑件光滑表面上，如圖3的分型面a位置，塑件割除毛邊后，在塑件光滑表面留下痕跡；圖3的分型面b處于截面變化的位置上，雖然割除毛邊后仍有痕跡，但看起來不明顯，故應選擇后者.
d)盡量避免側向抽芯
塑料注射模具，應盡可能避免采用側向抽芯，因為側向抽芯模具結構復雜，并且直接影響塑件尺寸、配合的精度，且耗時耗財，制造成本顯著增加，故在萬不得己的情況下才能使用.
e)使分型面容易加工
分型面精度是整個模具精度的重要部分，力求平面度和動、定模配合面的平行度在公差范圍內。因此，分型面應是平面且與脫模方向垂直，從而使加工精度得到保證。如選擇分型面是斜面或曲面，加工的難度增大，并且精度得不到保證，易造成溢料飛邊現(xiàn)象。
g)使側向抽芯盡量短
抽芯越短，斜抽移動的距離越短，一方面能減少動、定模的厚度，減少塑件尺寸誤差；另一方面有利于脫模，保證塑件制品精度 。
h)有利于排氣
對中、小型塑件因型腔較小，空氣量不多，可借助分型面的縫隙排氣。因此，選擇分型面時應有利于排氣。按此原則，分型面應設在注射時熔融塑料最后到達的位置，而且不把型腔封閉
綜上所述，選擇注射模分型面影響的因素很多，總的要求是順利脫模，保證塑件技術要求，模具結構簡單制造容易。當選定一個分型面方案后，可能會存在某些缺點，再針對存在的問題采取其它措施彌補，以選擇接近理想的分型面。
3.2? 成型方案的列出
3.2.1 分型面的選擇
方案一
（1）分 型 面：A-A為分型面；動模型芯和側向型芯形成內部形狀，定模型心和動模型芯形成外部形狀；分型面位置見圖3-1；
（2）澆注系統(tǒng)：從側面進澆；
（3）排? ? 氣：分型面排氣；
（4）模溫調節(jié)：冷卻管道；
（5）抽芯機構：由動模型芯和側向型芯組成型芯，型芯自動脫出，活動鑲件由人工取出
方案二
（1）分 型 面：如圖3-2，A-A為分型面；
（2）澆注系統(tǒng)：從中心澆注；
（3）排? ? 氣：分型面排氣；
（4）模溫調節(jié)：冷卻管道；
（5）抽芯機構：側向抽芯機構
圖3-1 方案一 圖3-2 方案二
對比兩個成型方案，最終選定方案一。這是因為：
對于有同軸要求的塑件，選擇分型面時，應把有同軸度要求的部位放在模具同側。塑件有多組抽芯時，應把抽芯距較短的一端作為抽芯。因為側向合模的鎖緊力較小，所以應把投影面積較小的一邊作為側抽芯把投影面積較大的一邊方在動、定模合模的主分型面上。而這些特點都是方案一能夠滿足，而方案二不能滿足的。方案二因為化妝品噴頭屬于薄壁零件，從中心直接進澆容易保證盒蓋表面光滑，但由于注射壓力直接作用在塑件上，容易在進料處產生較大的殘余應力而導致塑件翹起變形，且會在人手所按壓的部位留下熔解痕，在使用時會有一種不舒服的感覺。
另外，因為噴頭為圓柱薄壁形結構，從外側中心直接進澆容易保證盒蓋表面光滑，但由于注射壓力直接作用在塑件上，容易在進料處產生較大的殘余應力而導致塑件翹起變形，而且方案二的定出機構不好設置。方案一可以用圓柱形推桿自動推出塑件，再由人工取出塑件和凝料，使塑件順利脫模。
綜上所述，最終確定的成型方案為方案一。
3.2.2 型腔數(shù)的確定
型腔數(shù)的確定有多種方法，本題采用注射機的注射量來確定它的數(shù)目。其公式如下：
n2=(G-C)/V （3-1）
式中：G——注射機的公稱注射量/cm3
V——單個制品的體積/cm3
C——澆道和澆口的總體積/cm3
生產中每次實際注射量應不大于公稱注射量G的0.8倍，現(xiàn)取0.6G進行計算。每件制品所需澆注系統(tǒng)的體積為制品體積的（0.2－1）倍，現(xiàn)取C＝0.6V進行計算。
n2=0.7G/1.7V=0.412G/V=(0.412×60)/1460=16.92
由以上的計算可知，可采用一模十六腔的模具結構。
3.2.3 確定型腔的排列
型腔的布置和澆口的開設部位應力求對稱，以防模具承受片載而產生溢料現(xiàn)象；型腔排列宜緊湊，以節(jié)約材料，減輕模具的重量；圓形排列平衡好，加工困難，直線型排列加工容易，但平衡性差，H形排列平衡性好，而且加工性尚可，實用廣泛。
本塑件在注射時采用一模十六件，即模具需要十六個型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)、模具結構的復雜程度等因素，擬采用圖6所示的型腔排列方式。
圖3-3 型腔排列
3.2.4 澆注系統(tǒng)的設計
3.2.4.1主流道的設計
主流道是塑料熔體進入模具型腔是最先經(jīng)過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨設計成主流道套鑲入定模板內。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動減斷。
主流道的設計要點如下：
（1）為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹，主流道設計成圓錐形，因ABS的流動性為中性，故其錐度取2度，過大會造成流速減慢，易成渦流，內壁粗糙度為R0.8um。
（2）主流道大端呈圓角，其半徑取r=1～3mm,以減少流速轉向過渡的阻力，r=1.5mm.
（3）在保證塑件成形良好的情況下，主流道的長度應盡量短，否則會使主流道的凝料增多，且增加壓力損失，使塑料熔體降溫過多影響注射成形。
（4）為使熔融塑料完全進入主流道而不溢出，應使主流道與注射機的噴嘴緊密對接，主流道對接處設計成半球形凹坑，其半徑為r2=r1+(1～2),其小端直徑D=d+(0.5～1),凹坑深度常取3～5mm。
（5）由于主流道要與高溫高壓的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道襯套，以便選用優(yōu)質鋼材單獨加工和熱處理，大端兼作定位環(huán)，圓盤凸出定模端面的長度H=5～10mm。同時因該化妝品噴頭采用ABS，需加熱，所以在主流道處采用電加熱以提高料溫。
根據(jù)以上設計要點經(jīng)查《實用注塑模設計手冊》P7表2-1得SZ－60/40型注射機噴嘴有關尺寸如下：
噴嘴前端孔徑：d0=φ3.5mm
噴嘴前端球面半徑：R0＝15mm
為了使凝料能順利拔出，主流道的小端直徑D1應稍大于注射噴嘴直徑d。
D1＝d+(0.5－1)mm=φ3.5+1＝φ4.5mm
經(jīng)查《實用模具技術手冊》P303表15-9主流道部分尺寸，可得主流道大端直徑：
D2=d+2L·tgα/2 （3-2）
主流道的半錐角α通常為1°－2°過大的錐角會產生湍流或渦流，卷入
氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使充模時熔體的流動阻力過大，此處的
角選用2°，為使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑ｒ＝1.5m
圓弧過渡。主流道的長度L一般控60mm之內，可取L＝55mm。經(jīng)換算得主
道大端直徑D2＝φ8.5mm。
所設計尺寸如圖7所示：
圖3-4 澆口套
3.2.4.2 冷料井的設計
冷料井位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是接受料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于大端直徑，長度約為主流道大端直徑?；诒敬卧O計的模具，可采用底部帶有拉料桿的冷料井，這類冷料井的底部由一個拉料桿構成。拉料桿裝于型芯固定板上，因此它不能隨脫模機構運動。利用Z形的拉料桿配合冷料井。其結構如下圖8所示
圖3-5 冷料井與Z形拉料桿的配合
3.2.4.3 分流道的設計
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實際生產中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。
分流道設計要點：
（1）在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉折處應以圓弧過度。
（2）分流道較長時，在分流道的末端應開設冷料井。對于此模來說在分流道上不須開設冷料井。
（3）分流道的位置可單獨開設在定模板上或動模板上，也可以同時開設在動，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。
（4）分流道與澆口連接處應加工成斜面，并用圓弧過度。
1）分流道的長度
分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應力求縮短。
2）分流道的斷面：
經(jīng)查《實用注塑模設計手冊》P98，分流道的斷面尺寸應根據(jù)塑件的成形的體積，塑件的壁厚，塑件的形狀和所用塑料的工藝性能，注射速率和分流道長度等因素來確定。對于壁厚小于3mm，質量200g以下的制品，可用以下經(jīng)驗公式確定分流道的直徑：
（3-3）
式中 W — 制品質量 （g）
L — 分流道的長度 （mm）
D — 分流道的直徑 （mm）
根據(jù)圖6所示型腔的布局分流道的長度L = 128mm,根據(jù)以上所計算得到的塑件質量W = 1.657g*16 = 26.512g。帶入上公式得制品質量W = 4.6mm。
經(jīng)查《實用注塑模設計手冊》P98表4-2部分塑料常用分流道斷面尺寸推薦范圍，ABS的推薦斷面直徑為4.5～9.5mm。分流道要減小壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，同時因考慮加工的方便性。分流道應考慮出料的流暢性和制造方便，熔融料的熱量損失小，流動阻力小，比表面和小等問題，但同時考慮到加工的方便性，可采用半圓形的流道。
綜上所述分流道的直徑經(jīng)修正后可采用5mm。
3）分流道的布局
在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡兩種，根據(jù)本模具的要求我們選取平衡式，也就是指分流道到各型腔澆口的長度，斷面形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對應部位的尺寸相等。這種布置可實現(xiàn)均衡送料和同時充滿型腔的目的，是成型的塑件力學性能基本一致。而且在此模具中不會造成份流道過長。分流道的布局如下圖9所示。
圖3-6 分流道的布局
3.2.4.4 澆口的設計
澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道（除直接澆口外），它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。其主要作用是：
（1）型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結，防止其倒流。
（2）易于在澆口切除澆注系統(tǒng)的凝料。澆口截面積約為分流道截面積的0.03～0.09，澆口的長度約為0.5mm～2mm，澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模是逐步糾正。
當塑料熔體通過澆口時，剪切速率增高，同時熔體的內磨檫加劇，使料流的溫度升高，粘度降低，提高了流動性能，有利于充型。但澆口尺寸過小會使壓力損失增大，凝料加快，補縮困難，甚至形成噴射現(xiàn)象，影響塑件質量。澆口位置的選擇：
（1）澆口位置應使填充型腔的流程最短。這樣的結構使壓力損失最小，易保證料流充滿整個型腔，同時流動比的允許值隨塑料熔體的性質，溫度，注塑壓力等的不同而變化，所以我們在考慮塑件的質量都要注意到這些適當值。
（2澆口設置應有利于排氣和補塑。
（3澆口位置的選擇要避免塑件變形。采側澆口在進料時頂部形成閉氣腔，在塑件頂部常留下明顯的熔接痕，而采用點澆口，有利于排氣，整件質量較好，但是塑件壁厚相差較大，澆口開在薄壁處不合理；而設在厚壁處，有利于補縮，可避免縮孔、凹痕產生。
（4）澆口位置的設置應減少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型時前端較冷的料流在型腔中的對接部位，它的存在會降低塑件的強度，所以設置澆口時應考慮料流的方向，澆口數(shù)量多，產生熔接痕的機會很多。流程不長時應盡量采用一個澆口，以減少熔接痕的數(shù)量。對于大多數(shù)框形塑件，澆口位置使料流的流程過長，熔接處料溫過低，熔接痕處強度低，會形成明顯的接縫，如果澆口位置使料流的流程短，熔接處強度高。為了提高熔接痕處強度，可在熔接處增設溢溜槽，是冷料進入溢溜槽。筒形塑件采用環(huán)行澆口無熔接痕，而輪輻式澆口會使熔接痕產生。
（5）澆口位置應避免側面沖擊細長型心或鑲件。
根據(jù)上述原則結合本模具的特點選擇點澆口，其優(yōu)點為：① 點澆口尺寸澆口 ，熔體通過點澆口時的流速增大，提高了沖模速度，因而可獲得外表清晰、有光澤的制品。② 熔體流過點澆口時，摩擦阻力使熔體溫度略有升高，黏度下降，改善了流動性，對薄壁或帶有精密花紋的制品成型有利。③三冷凝快，縮短了成型周期。④ 可自動拉斷凝料，殘留痕跡小，減少了休整工序，提高了上產率。
3.2.5 排氣、溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計與計算
3.2.5.1 排氣系統(tǒng)的設計與計算
塑料熔體在填充模具的型腔過程中同時要排出型強及流道原有的空氣，除此以外，塑料熔體會產生微量的分解氣體。這些氣體必須及時排出。否則，被壓縮的空氣產生高溫，會引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿。
因該模具為小型模具，且分型面適宜，可利用分型面排氣，所以無需設計排氣槽。
3.2.5.2 冷卻系統(tǒng)的設計與計算
冷卻系統(tǒng)設計的有關公式：
qV=WQ1/ρc1(θ1-θ2) （3-4）
式中：qV——冷卻水的體積流量(m3/min)
W——單位時間內注入模具中的塑料重量(kg/min)
Q1——單位重量的塑料制品在凝固時所放出的熱量(kJ/kg)
ρ——冷卻水的密度(kg/m3)
c1——冷卻水的比熱容[kJ/(kg.℃)]
θ1——冷卻水的出口溫度(℃)
θ2——冷卻水的入口溫度(℃)
Q1可表示為：Q1=c2(θ3-θ4)
式中：c2——塑料的比熱容[kJ/(kg.℃)]
Q3——塑料熔體的初始溫度(℃)
θ4——塑料制品在推出時的溫度(℃)
Q1= c2(θ3-θ4) = 1.470(200-60)=205.8kJ/kg
將以上各數(shù)代入公式（3-4）得：
qV=(0.013×205.8)/[0.98×103×4.187(25-20)]m3/min
=0.13×10-3m3/min
上述計算的設定條件是：模具的平均工作溫度為40℃，用常溫20℃的水作為模具的冷卻介質，其出口溫度為25℃，產量為0.013kg/min。
由體積流量查《塑料成型模具設計與制造》P103表8-3可知所需的冷卻水管的直徑非常小，體積流量也很小，故可不設冷卻系統(tǒng)，依靠空冷的方式即可。但為滿足模具在不同溫度條件下的使用，可在適當?shù)奈恢貌贾弥睆絛為6mm的管道
圖3-7 直流式冷卻回路
來調節(jié)溫度，如圖10所示冷卻回路。
另外，具冷卻系統(tǒng)的過程中，還應同時遵循：
①?澆口處加強冷卻；
②?冷卻水孔到型腔表面的距離相等；
③?冷卻水孔數(shù)量應盡可能的多，孔徑應盡可能的大；
④?冷卻水孔道不應穿過鑲快或其接縫部位，以防漏水。
⑤?進水口水管接頭的位置應盡可能設在模具的同一側，通常應設在
塑機的背面。
⑥ 冷卻水孔應避免設在塑件的熔接痕處。而且在冷卻系統(tǒng)內，各相
接處應保持密封，防止冷卻水外
3.2.5.3 模具加熱系統(tǒng)的設計
因在ABS要求的熔融溫度為200。而且流動性能為中性，同時在注射時模具溫度要求為50——70，所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水，熱空氣，熱油及電加熱等。由于電加熱清潔、結構簡單、可調節(jié)范圍大，所以在該模具應用電加熱。
3.3 模架的選定
根據(jù)以上分析，計算以及型腔尺寸及位置尺寸可確定模架的結構形式和規(guī)格。經(jīng)查《實用模具技術手冊》P434表20-2注射模中小型模架標準的尺寸組合選用：
A2-250355-64-Z1如圖11所示
圖3-8 A2型模架
定模板厚度： A=25mm 動模板厚度: B=40mm
墊快厚度: C=80mm 定模板座厚度: D=25mm
動模板座厚度：E=25mm
根據(jù)自己所設計的塑件及澆注系統(tǒng)，計算得其投影面積約為75mm，經(jīng)查《塑料模設計手冊》P214表5-50，
支撐板的厚度： F=25mm
模具厚度 H=A+B+C+D+E+F=(25+25+25+25+40+80)mm=220mm
模具外形尺寸 250mm×355mm×220mm
4 模具工作零件的設計與計算
型腔是模具上直接成型塑料制件的部位。直接構成模具型腔的所有零件的所有零件都稱為成型零件，通常包括：凹模、凸模、成型桿、成型環(huán)、各種型腔鑲件等。
所謂工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部位的尺寸。工作尺寸的計算受塑件尺寸精度的制約，影響塑件尺寸精度的因素甚多，且十分復雜，一次塑件尺寸難以達到高精度。
4.1 凹模的結構
對塑料制品成型時，凹模的作用是形成制品的外表面。
根據(jù)不同的結構形式，凹模大體上可分為整體式結構、整體嵌入式結構、局部鑲嵌式結構、底面鑲嵌式結構和側壁拼合式結構五種類型。
根據(jù)自己所設計的塑件以及分型面的選擇，采用整體式凹模比較合理。定模采用整體式凹模是由整塊材料制成，這類模具的優(yōu)點是結構牢固，成型的制品表面無接縫痕跡，對于中小型模具比較適用。
動模采用整體嵌入式凹模，在整體嵌入式模具中，把凹模單獨加工成鑲快，外形采用矩形，從鑲塊下部嵌入動模板中，再加以用螺釘定位。鑲塊如圖4-1所示。
圖4-1 鑲塊剖面圖
本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，已給出這ABS的成型收縮率為0.005，模具的制造公差取z=Δ/3。經(jīng)查《實用模具技術手冊》P320表15-25如下表所示：
表4-1 型腔型芯工作尺寸的計算
類別
塑件尺寸
計算公式
模具尺寸
型
腔
計
算
型腔板
φ15.100-0.016
Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4Δ)0+δz
φ15.062500.006
15.00-0.018
Hm=(Hs+Hs.Scp%-1/2Δ)0+δz
15.06600.006
型
芯
計
算
主型芯
φ12.000.018
Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4Δ)0-δz
12.07350-0.006
13.500-0.018
Hm=(Hs+Hs.Scp%+1/2Δ)0-δz
13.6580-0.006
4.2 凹模壁厚的計算
在注射成型過程中，模具的型腔將受道高壓的作用，應此模具應該具有足夠的強度和剛度。強度不足將導致塑性變形，甚至開裂。剛度不足導致彈性變形，導致型腔向外膨脹，產生溢料間隙。
經(jīng)查《塑料模設計手冊》P212式5-20。
長方形整體式型腔的側壁厚度計算公式：
S≥[PaL4/32Eb(δ)]1/3 （4-1）
式中：S——側壁厚度(mm)
P——型腔壓力(Mpa)
L——型腔長邊的邊長(mm)
a——型腔壓力部分的高度(mm)
E——模具材料的彈性模量(MPa)
[δ]——剛度條件，即允許變形量(mm)
b——型腔高度（mm）
將以上各數(shù)代入公式（4-1）得：
S≥[(40×1.8×2004)/(32×15.3×2.1×105×0.05)]1/3
=28.19mm
5 脫模機構的設計與計算
5.1 脫模力的計算
此模具采用推桿脫模，因該制件的，屬厚壁制品，所謂壁厚制品就是指塑件壁厚與其內孔直徑之比大于0.05.厚壁制品脫模力受到材料向壁厚中性層冷卻收縮的影響，可用彈性力學的有關厚壁圓筒的理論進行分析計算，經(jīng)查《實用注塑模設計手冊》P124式4-15如下：
（5-1）
式中，對于圓筒制品中：
ε—— 塑料成型平均收縮率（﹪）
L —— 塑件包容型芯的長度（mm）
ф—— 脫模斜度（ °）
? —— 塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù)
r —— 型芯大小端的平均直徑（mm）
μ——塑料的泊松比
E——在脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量（MPa）
B—— 塑件再與開模方向垂直的平面上的投影面積(cm2)
t——制品的平均厚度（mm）
K1——由f和Φ決定的無因次數(shù)，可由下式計算
K1=1+?sinфcosф （5-2）
K2——由λ（λ=r/t）和Φ決定的無因次數(shù)，可由下式計算
K2=2λ2/(cos2ф+2λcosф) （5-3）
將以上各數(shù)據(jù)代入公式（5-1）得：
Qc=145N
因本模具設計的是一模十六腔結構，所以每一個型腔所需脫模力為145N。
5.2 頂桿直徑的計算
推桿推頂推件板時應有足夠的穩(wěn)定性，其受力狀態(tài)可簡化為一端固定、一端鉸支的壓桿穩(wěn)定性模型，根據(jù)《實用模具技術手冊》P335表15-39，壓桿穩(wěn)定公式推導推桿直徑計算式為：
d=K(l2Qe/nE)1/4 （5-4）
推桿直徑確定后，還應用下式進行強度校核：
σc=4Qe/nπd2≤σs （5-5）
式中：d——推桿直徑(mm)
K——安全系數(shù)，通常取K=1.3－2
l——推桿的長度(mm)
Qe——脫模力(N)
E——推桿材料的彈性模量(MPa)
n——推桿根數(shù)
σc——推桿所受的壓應力(MPa)
σs——推桿材料的屈服點(MPa)
將以上各數(shù)據(jù)代入公式（5-4）得：
d=2.3mm 圓整取2.5mm
將以上各數(shù)據(jù)代入公式（5-5）進行校核：
σc=4Qe/nπd2=29.55 MPa≤σs=360 MPa
所以此推桿符合要求。
5.3 側抽芯與側向分型機構
當塑件上具有與開模方向非一致的孔或側壁有凹凸形狀時，必須首先將成型這部分的型芯或型腔脫離塑件，才能將整個塑件從模具中脫出。通常將這種型芯或型腔稱為側型芯或側型腔，并加工成可動形式。開模時推動側型芯或側型腔外移脫離塑件，合模時推動側型芯或側型腔復位的機構稱為側向分型與抽芯機構。這類模具脫出塑件的運動有兩種情況：第一種是開模時首先完成側向分型與抽芯，然后推出塑件;第