1 前言
1.1 塑料注射成型简介
将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射、挤出、压缩、压延和吹塑等，其中， 注射成型方法在机电工业中应用最多。
注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可 模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化， 使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注 射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出 具有一定形状和尺寸的塑料制品。
注射成型也称为注塑成型，将它与挤出和压延成型方法相比，注射成型可以用来生产空间 几何形状非常复杂的塑料制品，而挤出和压延则主要用来成型截面尺寸一定长度连续的二维塑 料制品。将注射成型与压缩和压注成型相比，它又具有应用面大、成型周期短 、生产效率高、 模具工作条件可以得到改善，以及制品精度高和生产条件比较好、生产操作容易实现机械化等 多方面的优势。在中空吹塑成型中，注射成型还常常被用来生产吹塑所用的型坯。
注射成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位，目前，除少数几种塑料外，几乎 所有的塑料品种都可以采用注射成形。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30％，全 世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50％。
早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的 应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料 制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生 产，但目前已经有70％被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产， 而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计，在当前的工程塑料制品中， 80％以上都要采用注射成型的方法生产。
[1]
1.2 塑料模具技术的发展
模具是塑料成型生产必须的工艺装备，过去的模具设计工作主要依靠技术人员的经验， 而模具的加工制造又在很大程度上依赖于工人的操作技能，因此模具设计水平低、加工质量 差、生产周期长、使用寿命短，新产品更新换代以及正常的成型生产经常会因为模具问题而 受到干扰。随着塑料成型技术的不断进步，模具的重要性日益被人们所认识，甚至有人提出“没 有模具就没有产品”的信条。近十年来，国内外塑料成型加工行业都在改进和提高模具设计和 模具制造技术方面投入了大量的资金和研究力量。经过不懈努力，已经取得许多成果，归纳
起来有一下几个主要方面。 （1）模具加工技术的革新
为了提高模具的加工精度，缩短模具的加工周期，模具行业已经广泛应用了仿形加工、 电加工、数控加工等先进技术，以及坐标镗、坐标铣、坐标磨和三坐标测量机等精密加工和 测量设备。
（2）各种模具新材料被广泛应用
在模具设计与制造过程中，模具材料的选用也是一个非常重要的问题，材料选择是否合 理，将直接影响模具的加工成本、使用寿命以及塑料制品的成型质量等。为了解决这一问题，
国内外都已经对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量研究工作，
并开发出许多不仅具有良好的使用性能，而且还具有加工型好、热处理变形小的新型塑料模 具钢，如预硬钢、马氏体时效钢等，经过使用，均取得了良好的技术和经济效果。 （3）模具零部件的标准化和专业化生产程度越来越高
模具加工具有典型的单件多品种生产方式，因此，模具零部件的标准化以及将零部件进 行专业化生产是缩短加工制造周期、降低模具生产成本的重要方法之一。据国外统计，对模 具标准件进行专业化生产之后，可使模具生产成本降低50％，因此各个工业国家都对模具零 件标准化和专业化生产非常重视，目前，美国和日本的模具标准化程度已经达到70％，专业 化程度分别为90％和74％。国内情况比较落后，模具标准化程度只有20％左右，专业化生产 起步不太久，但有关部门正在加强这方面的工作。 （4）CAD/CAM技术应用日益普遍
计算机辅助设计和制造，即CAD/CAM是在人的参与下，由计算机自动完成设计工作和由计 算机控制加工过程的现代化生产工程方法。这种方法不仅能大幅度地缩短生产周期，而且还 能大量减少工程技术人员地重复劳动，所以他们对于提高模具设计与制造水平也就显得非常 重要。目前，国内外都在广泛地进行塑料模具CAD/CAM技术研究，并且开发出地不少软件系统 已经在挤出成形和注射成型生产中得到了应用。就注射模地CAD/CAM技术而言，利用CAD可以 在人参与地情况下，由计算机自动完成塑料制品地工艺型分析，成型过程中塑料熔体的流动 分析和热分析，以及有关注射模的各种计算、设计和绘图工作；利用CAM，计算机可以控制数 控机床自动完成模具零件的加工任务；如果CAD和CAM实现一体化，则整个注射模的设计和加 工制造工作都可以在人参与的情况下，由计算机自动控制完成。注射模CAD/CAM技术在工业发 达国家应用已经比较普遍，市场上有商品化的系列软件出售，国内在这方面也进行了不少研 究开发工作，但就推广应用来说，还有待进一步的改进和完善。至于一些引进系统的应用， 已经初见成效，例如对于电视机机壳等比较复杂的塑料制品，一些工厂已经利用引进系统对 他们的模具实现了CAD/CAM。
[1]
1.3 我国塑料模具现状及发展趋势
我国塑料模具的发展随着塑料工业的发展而发展，在我国，起步较晚，但发展很快，特别 是近几年，无论在质量、技术和制造能力上都有很大的发展，取得了很大成绩。
现在CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是CAD/CAM技术 的应用较为普遍，取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构
及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电
子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且 还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助 注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水
平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。
由于塑料工业的快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展速度必 将大于模具工业总体发展速度“十•五”期间，预计每年可望达到12%以上的市场增长率。塑料模
具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精”仍然是一个必然的发展趋
势。从技术上来说CAD/CAM/CAE技术将全面推广，快速原型制造（RPM）及相关技术将得到 更好的发展，高铣削加工、热流道技术、气体辅助注射技术及高压注射成型将进一步发展。[2]
1.4 本设计的意义及目的
共注射成型指使用两个或两个以上注射系统的注射机，将不同的品种或不同颜色的塑料同 时或先后注射进同一个模具内的成型方法。通过多种塑料在一起注射形成一个制品，能够使制 品获得更好的综合性能。使制品的应用范围得到更大的提高，在很多地方都能够使用。
由于我国对多层共注射模具的应用尚不广泛，需要对这类模具进行深一步的讨论研究。
2 塑件设计
2.1 塑件图
塑
件 的 视 图 如 图
2-1
所 示 ：
2.2 塑件分析
塑件为一杯形制件，采用三层注射而成。塑件内外层采用粘性好的PET（聚对苯二甲酸乙 二醇酯），中间层为EVOH（乙烯—乙烯醇共聚物）。这样可以使制品获得表观质量好，而且强 度高的性能。
2.2.1 塑件精度等级
塑件采用一般精度等级，为IT6级精度。
2.2.2 塑件结构
根据所选用的材料，塑件壁厚为3.75mm，每层的厚度为1.25mm。
塑件的脱模斜度的取向要根据塑件的内外形尺寸而定。塑件内孔以型芯小端为准，尺寸符
合图纸要求，斜度沿形状扩大方向标出；塑件外形以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度 沿形状减小方向标出。当要求开模后塑件留在型芯上时，塑件内表面的脱模斜度应小于外表面
的脱模斜度。使得开模时塑件留在型芯上，有利于脱出制品。
塑件脱模斜度为：型芯25＇～50，型腔30＇～1。 2.2.3 塑件材料分析
PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）是目前最重要的合成材料之一，主要应用生产纤维、薄膜 及中空容器等。PET价格低廉，具有优良的耐磨性、耐热性、耐化学药品性、电绝缘性和力学 强度高等特性。PET的阻透性尤其是对气体阻透性低的问题越来越突出。储存粮食时，易引起 腐败变质、风味丧失；在储存含烃类溶剂的化学药品时，会由于溶剂的渗透给环境带来污染，
从而使其应用方面受到限制。
在阻透材料中，以EVOH（乙烯—乙烯醇共聚物）最为出色，它有极好的阻气性能，对氧 气、二氧化碳气体及芳香烃、脂肪烃、卤化烃等具有优良的阻透性，而且透明性、光泽性、力
学强度、耐候性、耐腐蚀性均较好，是高性能阻透材料。[3]
塑件内外层用PET，以获得优良的表观质量性能。在中间层用EVOH提高塑件的阻透性及强
度。这样可以使塑件在更多的方面得到使用。
3 成型塑料性能特性与工艺参数
3.1 PET的性能及工艺参数[3]
PET 的各工艺参数如表3-1到3-4所示：
表3-1 PET的加工性能参数 加工性能 粘度特征 溢边值/mm 成型收缩率（%） 拉伸模量（10Mpa） 泊松比 力学性能 与钢的摩擦系数
聚对苯二甲酸乙二醇酯 高粘度 0.06～0.08 1.8 1.7 0.43 0.22～0.26
表3-2 PET的力学性能参数
聚对苯二甲酸乙二醇酯 屈服强度/ MPa 拉伸强度/ MPa 断裂伸长率/% 拉伸弹性模量/ GPa 弯曲强度/ Mpa 弯曲弹性模量/ GPa 简直梁冲击强度/（KJ/m）无缺口 有缺口 布氏硬度HBS
表3-3 PET的物理性能参
数 聚对苯二甲酸乙二醇酯 物理性能 密度/（g/cm） 比体积/（cm/g） 吸水性/% （24小时） 透明度或透光率
表3-4 PET的热性能及电性能参数 热性能及电性能
聚对苯二甲酸乙二醇酯
1.32～1.37 0.73～0.76 0.26 不透明
玻璃化温度/℃ 熔点/℃ 热变形温度/℃ 45 N/cm 180 N/cm 线膨胀系数/（ 10-5/℃） 比热容/[J/（kgK）] 热导率/[W/（mK）] 燃烧率/（cm/min） 体积电阻/Ωcm 击穿电压/（kV/mm）
～ 慢 ～ 3.2 EVOH的工艺参数
EVOH的各工艺参数如表3-5到3-8所示：
表3-5 EVOH的加工性能参数 加工性能 粘度特征 溢边值/mm 成型收缩率（%） 拉伸模量（10Mpa） 泊松比 与钢的摩擦系数 物理性能 乙烯—聚乙烯共聚物 低粘度 0.025～0.04 1.5～3.0 0.89～0.98 0.47 0.23 乙烯—聚乙烯共聚物
密度/（g/cm） 比体积/（cm/g） 吸水性/% （24小时）
0.941～0.965 1.03～1.06 0.01 不透明 透明度或透光率 表3-6 EVOH的力学性能参数 力学性能 屈服强度/ MPa 拉伸强度/ MPa 断裂伸长率/% 拉伸弹性模量/ GPa 弯曲强度/ Mpa 乙烯—聚乙烯共聚物 ～ ～ ～ ～ ～ 简直梁冲击强度/（KJ/m） 悬臂缺口 布氏硬度HBS
表3-8 EVOH的热性能及电性能参数
热性能及电性能 玻璃化温度/℃ 熔点/℃ 热变形温度/℃ 45 N/cm 线膨胀系数/（ 10-5/℃） 比热容/[J/（kgK）] 热导率/[W/（mK）] 燃烧率/（cm/min） 体积电阻/Ωcm 击穿电压/（kV/mm） 乙烯—聚乙烯共聚物 -120～-125 103～137 60～82 11～13 2310 0.490 慢 1015～1016 17.7～19.7 成型模具采用热流道模具，因此采用符合以下条件的塑料： ① 加工温度的范围宽，熔体粘度随温度变化小的塑料；
② 对压力敏感，不加压力是不流延，但施以很小的压力既流动的塑料熔体；
③ 热变形温度较高，制品在高温下而能够快速固化，并能够快速脱出的塑料件； ④ 物料导热率较高，比热容较低。
因此，所选用的两种成型塑料符合以上的要求，能够完成注射成型过程。
4 设备的选择[3]
4.1 注射机的选择
选择合适的注射机是注塑加工正常进行的前提，选择注塑机步骤如下：
4.1.1 最大注射量计算
注射模一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的10%-80%之间， 既能保证制品的质量，又可充分发挥设备的能力，则选在50%-80%之间为好。
塑件由三层组成，内外层为PET，中间层为EVOH。所以可计算塑件中间层体积
M中
M中=2π (25 −1.25)×1.25 + (60 − 2×1.25)× 2π (25 −1.25)×1.25
2
为：
= 12.941cm
3
内外层体积为：
= − ( )
× 2π × × π 25× 75 + −
60 3.75 25 3.75 M中 M内外
= 27.999cm
23
塑件采用一模四腔成型，所以最后可得两种塑料所需的最大注射量为：
EVOH：
120% = M= M中× 4×
PS
12.941× 4 = ×1.2
62.117cm
3
PET：
M= M内外×
PET
4 ×120% = 4 × 27.999 ×1.2
= 134.395cm
3
4.1.2 注射机的选择
由于模具采用热流道注射系统，所以不用考虑注射时流道内的损耗。查阅查考书， 选取注 射机SZ-800/3200注射EVOH，注射机SZ-200/1000注射PET。所用的两种塑料的最大注射量都是在 注射机理论注射量的10%～80%之间。所以选用该型注射机符合要求。这两种注射机的主要技术 参数如表4-1所示：
项目 结构形式 理论注射量/cm 3 SZ800/3200 卧 840 67 142.2 34 260 10～125 3200 600600 550 600 300 双曲肘 Φ160 SR20 Φ4 SZ200/1000 卧 210 42 150 110 14 10～250 1000 315315 300 350 150 双曲肘 Φ125 15 Φ4 螺杆直径/mm 注射压力/Mpa 注射速率/(g/s) 塑化能力/(g/s) 螺杆转速/（r/min） 锁模力/kN 拉杆内间距/mm 移模行程/mm 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 锁模形式 定位孔直径/mm 喷嘴球半径/mm 喷嘴球孔径/mm
4.2 有关参数的校核
由于在注射过程中，使用注射机SZ-800/3200做主要的注射机，而注射机SZ-200/3200从侧 面做辅助注射，所以校核参数时主要校核注射机SZ800/3200的参数。
4.2.1 注射压力的校核
注塑加工时所需注射压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸、注塑机类型、喷嘴及模具流道 的阻力等因素有关，选择注塑机的注射压力必须大于成型制品所需的注射压力。
注射EVOH所需注射压力选100～140MPa，SZ800/3200注射机注射压力为140MPa，大于EVOH 注射所需的注射压力；注射PET所需注射压力选100～140MPa，SZ200/1000注射机注射压力为 150MPa，大于PET注射所需的注射压力。所以选用的这两台注射机的注射压力符合要求。
4.2.2 锁模力的校核
锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力，所选择的注射机的锁模力必须大于高压熔体
=
7853.982mm
2
( 腔× /1000) ×
p A K
实际所需锁模力为：
2
= (30MPa × 7853.982mm/ = 282.743MPa < 3200MPa
1000)×1.2
F锁 〉 p腔×A /1000
即
所以选用的注射机的锁模力符合要求。
4.2.3 模具安装尺寸的校核
注射模安装尺寸需校核的项目有：喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具外形尺寸及模具厚度。 1. 喷嘴尺寸
( (
)mm )mm
= + 0.5 ~ 1
D d = + 0.5 ~ 1 R r
注射模主流道衬套始端凹坑的球面半径R应大于注塑喷嘴球头半径r，以保证同心和紧密接
触，通常 。主流道孔小端直径D 应大于注塑机的喷嘴直径d, 通常
取 。
R = 21mm
可得，主流道衬套始端凹坑的球面半径 ，主流道小端半径可选择为
r = 3mm
。
2. 定位圈尺寸
注
射 模 安
注射模的厚度必须在所选注塑机的最大模厚600mm到最小模厚300mm之间。 4.2.4 开模行程的校核
开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。本设计采用的是双曲肘锁 模机构的注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关，且为 单分型面注射模，所以有
S ≥ H+ H+ (5 ~ 10)
1
2
（4-2）
S
式中： ——注塑机的最大开模行程（mm）
H
1
——塑件脱出距离（mm）
H
2
——包括流道凝料在内的塑件高度(mm)
H= 60mm, H= 5
1
2
因为，
mm
S实=
+ + 10 60mm 5mm
所以，
= 75mm
而注射机SZ-800/3200的最大开模行程为550mm，大于实际所需的开模行程，所以注射机的开模 行程符合要求。
通过以上校核，可以得知所选用注射机SZ-800/3200是合适的。
5 模具结构与设计
5.1 模具组成
注塑模具的结构由注射机的类型和塑件的结构所决定。
根据模具中各部分作用的不同，本套注塑模具可以分成以下几个部分：成型零部件、浇注 系统、导向部件、脱模机构、温度调节系统、排气系统及其他零部件。
5.2 浇注系统设计
此模具的浇注系统由主流道、分流道、导料套、浇口及热喷嘴组成。 1. 主流道的设计
主流道是连接注射机的喷嘴与分流道 的一段通道，通常和注射机的喷嘴在同一 轴线上，断面为圆形，常有一定的锥度。
本设计考虑到主流道要高温的塑料熔 体反复接触和碰撞，因此将主流道部分设 计成可拆卸的主流道衬套,见图5-1，以便 选用优质的钢材单独加工可热处理。 2.分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道上，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用，多型 腔的模具一定设置分流道，单型腔成型大型塑件，若使用多浇口进料也需设置分流道。而本设 计采用的是热流道模具成型塑件，所以分流道主要是布置在热流道板中。
（1）分流道长度
分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从输送熔体时的减少压力损失
和热量损失以及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。
（2）分流道断面形状及尺寸
要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减少传热损失，因此可用
流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，综合效率与加成难易程度，本设计的分流道断 面形状采用圆形。如图
各个型腔同时均衡地进料，均衡进料可保证各型腔成型出塑件在强度、性能、重量上的一致性。 （4）导料套的设计
由于制品是多层注塑的，所以熔料经过分流道分流之后，要使两种熔体都能流入型腔之中，
就要采用导料套和热喷嘴的设计，使其能按照即定的流向注入型腔。导料套分为第一导料套和 第二导料套，分别如图5-3和5-4所示：
（5）热喷嘴的设计
热喷嘴是使两种不同的塑料熔料进入同一个型腔中而必须使用的零件。它由内外两个部分 组成，这两个部分用螺钉连接起来。热喷嘴的结构如图5-5所示。
在注射时PET从A处进入，充满整个零件中的空隙再注入型腔中，EVOH经过导料销钉（见零件
图23）从B处进入再注入型腔中。
（6）浇口的设计
本设计为了能实现多层注塑，采用了在塑件顶部中心处的直接浇口设计。EVOH从中间注入， PET呈圆环状包附着EVOH注入型腔。浇口示意图如图5-6所示。
4. 流长比的校核
流程比FLR（Flow length ratio）校核式：
n
FLR = ∑ i ≤ FLR
=
t
max
L
i 1 i
L
i
（5-1）
式中， ——各段流程长度(mm)
i
t FLR
max
——流程各段厚度(mm)
——最大流程比
, = , = 60
mm L= 5mm L 25mm
已知， L
1
2
3
t= 3mm, t 2=3=3.75t mm
1
2L + 3 FLR = 1 + t t t
2 2
3
1
L 2L
∴
mm 5mm+× mm+× 2 60 = 3mm 2 25
3.75mm 3.75mm
= 47
FLR= 300 > 47
max
又
由此可知，此塑件的浇口位置合适。
5.3 成型零部件的设计与计算
[3]
成型零部件是指构成模具型腔的零件，通常有型腔、型芯、各种成型杆和成型环。由于采 用PET注射成型制品的内外层，所以使用PET的数据进行计算。
5.3.1 成型零件工作尺寸的计算
所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部位的尺寸。工作尺寸的计算受塑件尺寸 精度的制约，影响塑件尺寸精度的因素甚多，且十分复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。 为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴 类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，公差为负。 本设计采用平均收缩率法计算模腔各工作尺寸：
3 L = [(1 + )L − ∆]δ Z M SS
4
+
cp
型腔的径向尺寸：
（5-2）
L= [(1 +
M
3 S
)L + ∆]−δ
cpS
型芯的径向尺寸：
4
Z
（5-3）
L
M
——型腔径向尺寸（mm）
S
L
——塑件径向公称尺寸(mm)
S
H H
M
——型芯径向尺寸(mm) ——塑件高度公称尺寸(mm)
——塑料的平均收缩率(%)
S
cp
∆
——塑件公差值(mm)
δ
Z
——零件的制造公差(mm)
L = mm S = ∆ = δ = S Z
50 , cp 1.8%, 0.48, 0.1
对于型腔径向尺寸来说，已知
∴ 将以上数据代入式（5-2），可得
= L
M×
[(1 +1.8%)
+
3 50mm − × 0.48]0.1 4
+
= 50.540.1mm
S
L= 42.5mm, S = 1.8∆ = 0.4δ Z = 0.1
cp
%, 8,
对于型芯径向尺寸来说，已知
LM
= 3
[(1 +1.8%) × 42.5mm +0.48]−0.1
×
4
= 43.635−0.1mm
∴ 将以上数据代入式（5-3），可得
H =
mm S = ∆ = δ =
S
56.25 , cp
1.8%, 0.56, Z 0.12
对于型芯高度尺寸来说， 已知
∴ 将以上数据代入式（5-5），可得
2
HM
= [(1+1.8%) × 56.25 +
3×
0.56]−0.12
= 57.64−0.12mm
5.3.2 型腔壁厚的计算
为了要安装热喷嘴，型腔设计为圆形组合式。 1. 侧壁厚度计算 按刚度条件计算有
⎡
1
⎤
≥ ⎢⎛ 0 .75 rp + [ ]E ⎞ 1 ⎥ s r ⎥ 2
⎥
⎟⎟ −
⎢⎜⎜⎝
[ ]E − 1 . 25 rp
⎠
⎢
按强度条件计算有
⎡
≥ ⎢ ⎛ [ ]
1
⎞
⎤ 2 1 ⎥ s r
⎟⎟ −
⎢ ⎜⎜⎝ [ ] − 2 p ⎥ ⎢ ⎠
⎥
5-6） （
（5-7）
E
式中， ——模具材料的弹性模量（Mpa），碳钢为2.1×10Mpa
5
p
——型腔压力（Mpa）
[ ]
——刚度条件，即允许变形量（mm）
[ ]
——模具材料的许用应力(Mpa)
r
——型腔半径（mm）
=
, = × 5 =
r 25mm E 2.1 10 MPa , p 30MPa, [ ] = 0.07,[ ] = 160MPa 又 已知
按强度条件计算有
所以取s的值必须大于6.628mm。 2. 底板厚度计算
1
⎛ pr4
⎞ 3
hs
≥
0 . 90 ⎝⎜⎜E[ ] ⎟⎟⎠
按刚度条件有
1
⎛ pr2
⎞ 2
hs
≥ 1 . 1 ⎝
⎜⎜
[ ] ⎟
⎟⎠
5-8）
（ 按强度条件有
（5-9）
式中，
E
——模具材料的弹性模量（Mpa），碳钢为2.1×10Mpa
5
p
——型腔压力（MPa）
r
——型腔半径（mm）
[ ]
——刚度条件，即允许变形量（mm）
[ ]
——模具材料的许用应力（MPa）
又 已知
, = × 5 =
r 25mm E 2.1 10 MPa , p 30MPa, [ ] = 0.07,[ ] = 160MPa =
4 ∴ 按刚度条件计算有
1
⎛ s
× ⎞
3 25 h≥ 0.90 ⎝30 5
⎠
= 8.345mm 2 .1 × 10 × 0. 07
⎜
⎜
1
⎟
⎟
h≥
s
2 ⎞
⎛ ×
1 .1 30 25 2
160 ⎠⎝
⎟
⎜⎜
⎟
= 11.908mm
按强度条件计算有
所以取h值必须大于11.908mm。
s
由于型腔上还要打冷却水道，会降低板的强度，所以应将s和h的值扩大。最后取s的值为
s
20mm和h的值为18mm。
s
5.3.3 分型面的设计
打开模具取出塑件或浇注系统凝料的面叫分型面。注塑模有一个分型面和多个分型面。分
型面的位置有垂直于开模方向、平行于开模方向以及倾斜于开模方向几种。分型面的形状有平
面和曲面等。
本设计采用一个分型面，分型面的位置垂直于开模方向，为一个平面。设计在塑件断面尺
寸最大处。
5.3.4 排气槽的设计
注射过程中需排出的气体主要有两种：一是浇注系统和模腔内的空气；二是塑料熔体分解 放出的少量气体和低分子挥发物。这些气体在成型过程中必须及时排出。
本设计用分型面排气。
5.4 导向机构
模具闭合时要求有准确的方向和位置。具有一定精度的合模导向机构，是注射模设计不可
缺少的组成部分。注射模具的动、定模开合模运动的导向，主要依靠装在模架上的导柱导向机 构。
5.4.1 导柱的设计
本设计中采用有肩导柱，在模具中呈对称分布。导柱具体尺寸如图5-7所示：
5.4.2 导套的设计
导套需要在模板上定位，可选用带头导套，且在模具中相应有四根。导套具体尺寸如图5-8 所示。
导柱与导套孔之间采用H7/f7间隙配合，导柱和导套与模板的固定段采用过渡配合H7/k6。
导柱的材料选用20钢，表面渗碳后，进行淬火使硬度达到HRC56～60。导套选用T8A，淬硬到 HRC50～55。导套的硬度比导柱低，是为了改善摩擦，保护导柱。
5.5 脱模机构的设计
注射成型的每一循环中，塑件必须从模具的型腔或型芯上脱出。完成脱出塑件的装置称为 脱模机构，也称为顶出机构或脱模装置。
5.5.1 脱模阻力的计算
壳体形塑件脱模阻力按薄壁和厚壁两种类型考虑，每种类型塑件再根据断面几何形状进行
计算。分辨薄壁和厚壁的条件是：塑件壁厚与其内孔直径之比小于1/20，即t/D≤1/20则为薄壁
塑件；若塑件壁厚与其内孔直径之比大于1/20，即t/D≥1/20则为厚壁塑件。
2 Q = ε cosφ ( − φ ) πrE L µf tg + 10B
( )
1 + + K K
因为塑件t为3.75mm，D为42.5mm,所以t/D≈2/20>1/20,可得知此塑件是厚壁塑件。又因为
塑件断面为圆环形，可据公式（5-10）计算：
（5-10）
2
1
式中，
E
——塑料的拉伸模量（MPa）
ε
——塑料成型平均收缩率（%）
L
——塑件包容型芯的长度（mm）
φ
µ
——塑料的泊松比
——脱模斜度（塑件侧面与脱模方向之夹角）
f
——塑料与钢材之间的摩擦因数
r
——型芯大小端的平均直径（mm）
B
——塑件再与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm）
2
φ f K
1
——由 和 决定的无因次数，可由式（5-11）计算
K= 1+ f sin φ cosφ
1
（5-11）
K =
2
2λ
K
2
cos 2+ 2λ cosφ
——由γ（γ=r/t）和ф决定的无因次数，可由式（5-12）计算
（5-12）
× 3 ° = ε = µ = E 1.7 101.8%, L = 57.64mm, 0.43, φ = f 0.24,
MPa, 1 , r = 43.635 , = π × 25= 1963.42 , = 3.75 =
2
95
mm B mm t K= 1+ 0.24 × sin1°× cos1° =1.004 43.635 2 ×
3.75 K = = 0.959
2
° + × 43.6°
35 cos1 cos1 2
3.75
1
2
mm
因为塑件内外两层都是PET，因此计算脱模阻力时以PET的参数计算。 已知，
2
=× Q
×
43.635×1.7
57.64
10×1.8% ×
3
×
(
cos1°×
)
0.24 tg1
− ° +10×
1963.495
π
(
= 6.45×10N
4
)
1 + 0.43 + 0.959 ×1.004
∴
5.5.2 脱模机构的结构设计
本设计采用推件板脱模机构。推件板脱模的特点是顶出均匀、力量大、运动平稳、塑件不 易变形、表面无顶痕、结构简单、不须设置复位装置。
5.6 模温调节系统的设计
注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型效率和制品的质量影响很大，一般注入模具 的塑料熔体的温度为200～300℃，而塑件固化后从模具中取出的温度为60～80℃以下，视塑料
品种不同有很大的差异。
5.6.1 热流道板的设计
热流道板的作用是将塑料熔体恒温地经分流道送入各个热流道喷嘴，熔体在热流道板内流 动时压力损失要小，没有停料死角，在分流道布置上应尽可能地采用平衡式布置，均匀地分配
[4]
物料，热流道板的结构有外加热热流道板和内加热热流道板两大类。
在本设计中使用的是外加热热流道板。用40GrMnMo制作而成，在板上钻出ф6mm的圆形流道 用棒式加热器加热，流道板和模具定模板和型腔板之间用空气间隙和隔热垫块绝热。
由于浇注系统有两个不同塑料的分流道，因此采用两块热流道板分别对其进行加热，两块 热流道板间用定心套相连接固定。
5.6.2 冷却系统的设计
随着模具的保压，冷却也开始了。然而，热量主要是在冷却时间内进行交换的，冷却时间 一直延续到打开模具并取出注塑模具制品为止。冷却时间是按最长的时间来设计冷却系统，这
样注塑制品才能达到允许的脱模温度。
1. 冷却时间的计算
θ ′ =
2
T + 490
0.3785t223.9 Tω
m
−
塑件最后部件断面中心层温度达到热变形温度以下时，所需冷却时间的简化计算公式为：
（5-13）
θ′
式中， ——塑件冷却时间 (s)
t
——塑件厚度 (mm)
T
m
——塑料熔体温度(℃)
t =
, = 255 , = 40 3.75moC T oC
w
m T
m
T
w
——模具温度(℃)
已知，
θ ′ = 0.3785×
3.75
2
+ 255 490
− 223.9
40
= 21.71s
则
30s 2s
在一个注射成型周期中，注射熔料的时间为 ,取模时间为 ,所以注射成型一次所需的时间 为21.71+2+30=53.71s ，则在一个小时内成型次数为 因为一次注射量为 所以一个小时内注入模具内的塑料量为
3600/53.71≈67（次）。
M中 ⋅ρ EVOH+M内外 ⋅ ρ = 62.117 × 0.950 +
PET
= 240.44 g
134.395×1.35
240.44 ×67 = 16109.77 g / /
11kg h h ≈ 16.
G
——单位时间内注入模具内的塑料熔体的质量(kg/h)
i
∆
——塑料成型时在模具内释放的热焓量(J/kg)
——冷却水的比热容(J/(kg•K)) C
t
1
——冷却水的密度(kg/m) ρ
3
t
2
——冷却水的出口温度(℃) ——冷却水的进口温度(℃)
1
=
t ( ⋅ ) m G =16.11kg / h, ∆ =
i
600 J / kg, C = J kg K , ρ = 1000kg / , 已知，
1 /
16.11×
V =
600
3
28oC, t= 22oC
2
60 ×1×1000(28 − 22)
∴
= 26.85×10−3m3/min
G ⋅ ∆ A =
(
w
i
Tθ
)
3600α T−
冷却水孔传热面积可以由式（5-15）计算：
（5-15）
式中，
A
——冷却水总传热面积(m)
2
G
——单位时间内注入模具中的塑料质量(kg/h)
∆ i
——塑料成型时在模内释放的热焓量(J/kg)
Tw
α
——冷却水的传热系数（W/m2
·℃）
T θ
——模具温度(℃) ——冷却水的平均温度(℃)
G = / , ∆ = , = o = o C600 J / kg T 40 , 25
C T
16.11 h
kg
i
w
θ
A =16
.11×600
3600 ×(40 − 25)
= 0.179m2
3. 冷却水孔数目的计算
l = 0.355m
设因模具尺寸之限制，每一根水孔的长度为 5-16）计算：
A n = π ⋅ ⋅
d l
d =
m l = m A = 0.179m2
0.006 , 0.355 ,
,则模具内应开设水孔数由式 （5-16）
已知，
∴
（ 已知，
0.179
n = π × 0.006 ×0.355 ≈ 24(根)
∴
由此可知，冷却系统的安排是合适的。
5.7 模具动作原理说明
以上是多层注射制品的共注射模具的零件设计，模具的装配简图如图5-9所示：
1-浇口套 2-定位圈Ⅰ 3-定模底板 4-第一热流道板Ⅰ 5-压紧螺钉 6-第一热流道板Ⅱ 7-定模垫 块Ⅰ 8-第二浇口套 9-第二热流道板Ⅰ 10-定位圈Ⅱ 11-热喷嘴固定板 12-热喷嘴Ⅰ 13-型腔 14-定模板 15-冷却水道 16-动模板 17-动模垫板 18-动模垫块 19-动模底板 20-推板固定板 21-推板 22-导向杆 23，34-带头导套 24-限位挡钉 25-推杆 26-推件板 27-定心套 28-型芯 31-有肩导柱 32-直导套 29，30，35，36，41，45-内六角圆柱头螺钉 33-热喷嘴Ⅱ 37-第一导料套
38-第二热流道板 39-第一导料套 40-定模垫块Ⅱ 42-导料销钉 43-堵头 44-隔热垫块 动作原理：首先将第一热流道板加热至125℃左右，将第二热流道板加热至255℃左右，向
冷却水道中通冷却水，之然后进行注射。注射时，首先是将PET熔料从第二浇口套注入模具，塑
料熔料流过第二主流道，再分支流入第二热流道板中的各分流道，再经过相应的第二导料套和
热喷嘴中的外环通道而进入型腔内。PET开始注射后，经过一小段时间，EVOH熔料从第一浇口套 处注入模具，塑料熔料流过第一主流道，再分支进入第一热流道板中的各分流道，再经过相应 的第一导料套和热喷嘴中的中央通道而进入型腔内。当型腔接近充满时，EVOH熔料停止注射，
而PET熔料则继续注射，直至型腔完全充满为止。接着便冷却保压。开模时从B处开模。脱模时， 推板通过推杆作用于推件板使塑件脱出。最后取下制件，这样，便结束了一个注射成型周期， 从而使加工过程连续进行。
6 试模和修模[3]
试模是根据塑料制品所设计制造的模具在相应塑料注射机上进行试模的过程，它是模具制 造过程的重要环节，用以检验模具的可生产性、注射制品是否符合质量要求以及合格品率，并 依据试模结果对模具提出修改意见，同时也为模具投入正常生产运行摸索最佳工艺参数。
6.1 注射机选定
原则上试模必须在模具设计时选定的同型号规格的注射机上进行，以保证试模于模具最终 应用的一致性。在实际生产中，如不能满足上述要求，允许先用注射量稍大的注射机，但顶出 方式和注射机类型必须一致，注射螺杆与注射机控制水平应尽可能接近。对于壁厚特别厚、特 别薄、透明的注塑件，以及表观质量、重量、力学性能要求高的注塑件，应特别注意，试模用 注射机与最终使用的注射机的差别应尽可能小。
6.2 试模用注塑料
试模用料应力求与制品一致，但对于新开发产品，其原料配方往往尚未确定，此时可在同 一类型原料中选取类似产品用途，相同原料特点（如保压、玻纤增强等）的原料，但须特别关 注原料的熔点（或流动温度）、熔体流动速率MFR（熔体指数）、力学性能、收缩率应与制品要求 相适应。
6.3 试模工艺
首先烘干原料，然后参照上述的注射工艺条件，之后预热模具。对于小模具不需加热，注
射几次模温即可升高，对于大型制品注塑模，为节省原料提高试模效率，需设法将模具加热，
有条件者可采用全自动模温控制器，也可采用活动电热板夹在模具上临时加温，模具温度一般
≤50℃。
6.4 试模
多数情况下，试模是一个需多次、反复进行的过程，试模过程中可能出现任何问题，对出 现的问题应作详细的记录和仔细分析，查找问题原因，提出调整措施，逐渐调整修改直到制品 合格。查找原因的顺序依次为：注射工艺条件、注射机、原料，最后是模具，即出现问题后首 先从工艺、设备、原料方面找原因，先逐步调整工艺条件、调整设备、处理或更换原料，最后 无法解决时才从模具考虑，准备修模。
6.5 修模
注塑模的修改是一件正常的事情，模具修改主要为结构和尺寸修改，如顶出或脱模方向的
修改、滑块修改、轴孔位置与尺寸修改、型腔修改、壁厚修改、排气修改、浇道与浇口修改、 加强筋修改、粗糙度修改等。模具修改后在进行试模，如不行，则还可在修改，直到试模合格。
7 设计小结
这次的毕业设计涉及了许多的塑料成型、模具设计、机械制图等方面的知识，是对三年大 学的总结。
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