工程技术大学
塑料成型工艺及模具设计
课程设计说明书
题 目：平头一字螺丝的注塑工艺及模具设计 专 业： 材料成型及控制(模具CAD/CAM) 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师：
时 间 ： 2014.11.27
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目 录
第一 部分 前 言 （1）
第二 部分 设计任务书 （2） 第三 部分 塑件成形工艺分析 第四 部分 分型面的选择 第五 部分 注射机的初选 第六 部分 模具的结构分析与设计 第七 部分 成型零件的设计 第八 部分 浇注系统的设计 第九 部分 成型设备的选择及校核 第十 部分 心得体会 第十一部分 成型工艺参数的确定 第十二部分 设(31)
第十三部分 参考资料
第 2 页 共33页 （6） （7） （10）
（11） (13)
(15) (22) (27) (28) 计小结 （32）
前 言
一个学期的课程即将结束，为检验这一个学期以来对于塑料模设计的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即我们将努力认真的完成此次课程设计，我们的课程设计题目为：手轮注塑模具设计。
本次课程设计课题来源于生产实际，应用广泛，但成型难度相对较难，模具结构相对复杂，对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以手轮注塑模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构分析，最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程。能很好的达到学以致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时使用了AutoCAD 、SolidWorks 等软件。
本次课程设计得到了廖秋慧老师和张效迅老师的关心指导。正因为老师的悉心指导和帮助，我们才得以解决一个又一个难题，最后完成课程设计，在此谨代表小组全体同学向老师表示感谢。
由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师和同学批评指正。
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一、 设计任务书
1.1课程设计目的
本课程设计的目的是使我们在学完《塑料模具设计》课程之后，巩固和加深对塑料模有关理论的认识，提高设计计算、制图和查阅参考资料的能力。使得我们能正确运用专业知识，初步掌握制定注塑工艺规程及进行注塑模具设计的原则和方法。
在课程设计中应本着技术上先进、经济上合理的原则，制定注塑工艺规程和设计有关的注塑模具。
①塑料制品名称：螺丝（如右图）
②成型方法与设备：在适当的塑料注射机上注射成型； ③塑料原料：NYLON-66； ④收缩率：.1.5%；
⑤塑件图：如图所示为制品的图样。
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二、塑件成形工艺分析
主要技术指标
NYLON-66：尼龙66，聚酰胺-66。疲劳强度和钢性较高，耐热性较
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好，摩擦系数低，耐磨性好，但吸湿性大，尺寸稳定性不够。通常应用于中等载荷，使用温度
尼龙66主要用于汽车、机械工业、电子电器、精密仪器等领域。从最终用途看，汽车行业消耗的尼龙66占第一位，电子电器占第二位。大约有88%的尼龙66通过注射成型加工成各种制件，约12%的尼龙66则通过挤出、吹塑等成型加工成相应的制品。
二、塑件的尺寸精度分析
该塑件无尺寸精度特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，按MT5查取公差。其主要尺寸公差要求如表2.3.1—1所示：
2.3塑件结构工艺性分析
（1）壁厚分析：设计合理，壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的一昂球。 （2）圆角过渡：要从分型面位置、型芯、型腔结构来分析过渡圆角的设
置。根据本塑件的壁厚，均采用圆角半径R1mm 。
（3）脱模斜度：为便于塑件从模腔中取出，塑件的内外壁需要足够的脱
模斜度。外形尺寸以大端为基准，斜度往小处取；内形尺寸以小端为基准，斜度往大处取。根据PA 的性能和《模具设计与制造简明手册（第一版）》P252—表2-3：型芯脱模斜度为：0.5°，型腔脱
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模斜度为0.5°
三、分型面的选择
3.1分型面的选择原则
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较。
为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： （1）分型面应选择在制品的最大截面处，无论塑件以何形式布置，都应将此作为首要原则；
（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 （3）有利于保证塑件的精度要求。
（4）尽可能满足塑件的外观质量要求。分型面上型腔壁面稍有间隙，就会产生飞边。
（5）便于模具加工制造，在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。
（6）对成型面积的影响，尽量减少制品在合模方向上的投影面积, 以减小所需锁模力。
（7）对排气效果的影响，尽可能有利于排气。 （8）对侧向抽芯的影响（本塑件没有抽芯）。
其中最重要的是第（2）和第（5）、第（8）点。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。 3.2方案分析
该塑件为家用的旋钮塑料, 要求表面光滑平整；无毛刺无毛边；不允许缩水、凹坑；无划伤；无污物。在选择分型面时，根据分型面的选择原则, 考虑不影响塑件的外观以及成型后能够顺利取出制件，有以下几种方案：
分型面选择的首要原则是必须选择塑件断面轮廓最大的地方作为分型
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面，这是确保塑件能够脱出模具而必须遵循的基本原则。 （1）分型面的方案一：
该塑件采用水平分型，在两个圆柱交界处分型，上圆柱在定模部分成型，下圆柱在动模部分成型。在有动模端的推杆将塑件从型腔中推出。此种分型面选择虽然保证了在投影最大处取，但是两圆柱的同轴度不能很好保证，所以此分型面方案不是好。
A
A
A
(2) 分型面的方案二：
该塑件采用水平分型，定模部分成型塑件的内部结构，将型芯装在定模上，当开模后塑件留在动模，然后由动模上的推杆将塑件脱出，这样就可以达到塑件的外观的使用要求，很好的保证了同轴度且符合在最大投影面出分型。此方案比起方案一要好。
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A
结论：综合上述的两种方案，从塑件的外观要求，模具的成型性能，以及模具的加工经济性考虑出发，还是方案二的分型方案较好的一种方案，所以采用方案二的分型面。
四、注射机的初选
4.3.1计算塑件的体积
根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件的体积为：V 1=537.2354mm 3。 4.3.2计算所需的体积
浇注系统凝料按1：1取，故：V 2= V1=537.24mm 3
塑件和浇注系统凝料总体积为（按一模四腔计算）：V= V*4*（1 +1 ）= 4.32cm3
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4.3.3选用注射机
根据总体积V= 4.32 cm3，初步选取XS-Z-60型螺杆式注射成型机。
XS-Z-60型螺杆式注射成型机主要参数如下表所示
4.4.1注射量的校核公式是 （0.8 ~ 0.85）W 公 W 注
式中 W 公——注射机的公称注射量，cm 3
W 注——每模的塑料体积量，cm 3
如前所述，塑件及浇注系统的总体积为4.32 cm3，远小于注射剂的理论注射量60 cm3，故满足要求。
五、模具的结构分析与设计
5.1确定模架
5.1.1 确定型腔布局
模具采用一模四腔，布局如下图所示，需要确定图中尺寸。
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（1）确定S 1和S 2
查《塑料模具设计指导与范例》P364表2-89可得： S 2=15
（2）确定L 和b
L=2S2+2d=2*10+2*15=50
b=L=50
5.1.2 确定模板尺寸
根据上面的b 和L ，考虑注塑机的大小、导柱、导套和螺钉等布置，根据GB/T 12555-2006《模具设计与制造简明手册》第一版P355, 模架型号为：125mm ×125mm 。
5.1.3 确定模架尺寸
模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。
1. 定模座板（160mm ×125mm 、厚20mm ）
定模座板是模具与注射机连接固定的板，定模座板上固定导柱和定位圈，材料为45钢。定位圈通过4个M8的内六角圆柱螺钉与其连接。定模座板上的导柱与导柱孔采用H7/k6配合，定模座板与拉料杆采用H7/k6配合。
2. 定模板（125mm ×125mm 、厚20mm ）
用于固定定模模仁和导套。应该有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，定模与定模模
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仁采用H7/m6配合。
3. 动模板（125mm ×125mm 、厚20mm ）
用于固定动模模仁和导套。一般用45钢。动模板应具有较高的平行度和硬度。动模模仁通过4个沉头螺钉M8固定在动模板上面。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，动模与动模模仁采用H7/m6配合。
4. 垫块（25mm ×125mm 、厚40mm ）
主要作用：在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。
结构形式：可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。 垫块材料：垫块材料为45
垫块的高度h 校核：
h=h1+h2+h3+s+δ=4+12.5+10+10+3.5=40mm
式中 h1——顶出板限位钉的厚度，该模具限位钉厚度，为
4mm ；
h2——挡板厚度，为12.5mm ；
h3——顶杆固定板厚度，为10mm ；
s ——推出行程，为10mm ；
δ——推出行程富余量，取3.5mm 。
5．动模座板（160mm ×125mm 、厚16mm ）
动模座板上的注射机顶杆孔为Φ150mm ，动模座板上还有四个挡钉孔，动模座板的推板导套孔与推板导柱采用H7/n6配合。挡钉与挡钉孔采用H7/n6配合，材料为45钢。
6．挡板（71mm ×125mm 、厚12.5mm ）
推板上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用4个M6的内六角圆柱螺钉与推半固定板固定。材料为45钢。
7．推杆固定板（71mm ×125mm 、厚10mm ）
材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合。
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六、 成型零件的设计
6.1.1 成型零件的结构分析
1. 型腔的设计
定模
型腔采用整体式结构。整体式型腔有较高的强度和刚度，在使用中不易发生变形。
本模具是一模两腔，两个型腔均做在一个模仁内。
2. 型芯的设计
型芯采用整体式，制作时放在定模部分。
2）动模
由于分型面取在塑件最大投影面积处，因此，动模部分有型腔。
6.2 排气系统的设计
在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统原有的空气外，还有塑料受热或凝固时产生的低分子挥发气体。这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成性缺陷。另外气体的 存在还会产生反压力而降低充模速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。
由于该模具的总体尺寸一般，属于小型模具，可以利用推杆、型芯以及型芯端部与模板的配合间隙、分型面进行排气。其配合间隙为0.03~0.05mm
6.3 成型零件的尺寸计算
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平均收缩率=1.5%尺寸偏差取IT7级
（1）型腔尺寸计算：
• 径向尺寸计算公式：L m =（L s +L s S cp -
• 高度尺寸计算公式：H m =（H s +H s S cp -3+δs ）0 42+δs ）0 3
• Φ10.0-0.20=（10+10*1.5%-3/4*0.2)+0.015 =10+0.015
• Φ6.0-0.20=(6+6*1.5%-3/4*0.2)+0.015 =5.94+0.015
• H2.3+0.16=(2.3+2.3*1.5%-2/3*0.16)+0.01=2.23+0.01
• H10+0.22=(10+10*1.5%-2/3*0.22)+0.015=10+0.015
（2）型芯尺寸计算：
• 径向尺寸计算公式：l m =（l s +l s S cp +
• 高度尺寸计算公式：h m =（h s +h s S cp +30）-δs 420）-δs 3
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• H1.9+0.16=(1.9+1.9*1.5%+2/3*0.18)-0.01=2.05-0.01
• H2.3+0.16=(2.3+2.3*1.5%+2/3*0.16)-0.01=2.44-0.01
6.4 顶出机构设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上托出，完成拖出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。
脱模推出机构的设计原则
塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：
（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。
（2）保证塑件不因推出而变形损坏。
（3）机构简单、动作可靠。
（4）良好的塑件外观。
（5）合模时的准确复位。
本模具采用顶杆顶出，顶出杆顶出出是一种基本的、也是一种常用的塑件顶出方式。常用的顶杆形式有圆形、矩形、阶梯形。我们采用圆形顶杆。
7浇注系统的设计
7.1 浇注系统设计原则
（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降，流量和温度的分布的均衡布置；
（2）结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；
（3）尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；
（4）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于
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熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；
（5）避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；
（6）浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；
（7）熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；
（8）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；
（9）浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求；
（10）设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；
（11）尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。
7.2 主流道设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。
主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
7.2.1 主流道尺寸
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（1）主流道小端直径d
主流道小端直径d = 注射机喷嘴直径+（0.5～1）
=4+（0.5～1）
取d=5mm 这样便于喷嘴和主流道能同轴对准，也能使的主流道凝料能顺利脱出
（2）主流道球面半径
主流道入口的凹坑球面半径R ，应该大于注射机喷嘴球头半径的2～3mm 。反之，两者不能很好的贴合, 会让塑件熔体反喷, 出现溢边致使脱模困难.
SR=注射机喷嘴球头半径+2～3；
SR=12+2～3；
取d=14mm，经查表，取d=15mm。
（3）主流道长度l
一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小模具控制在50之内。在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具。本设计中结合该模具的结构，取l=43mm。
（4）主流道大端直径
D=d+2ltanα（半锥角α为1°～2°）≈6mm
7.2.2 主流道衬套
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主
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流道衬套形式，即浇口套。
7.3 分流道的设计
分流道设计：根据《模具设计与制造简明手册（第一版）》P299表2-40，选择梯形分流道，根据分流道直径计算公式：D=0.2654m1/2L1/4
式中：D ——分流道直径，mm ；m ——制品质量，g ；L ——分流道长度，mm 。
代入数据，经计算得D=3mm，查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P299表2-40，选择L=4,H=3；如图6-1：
图6-1 分浇道截面形状和尺寸
7.4 浇口的设计
浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑
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料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择。通常要考虑以下几项原则：
a. 尽量缩短流动距离。
b. 浇口应开设在塑件壁厚最大处。
c. 必须尽量减少熔接痕。
d. 应有利于型腔中气体排出。
e. 考虑分子定向影响。
f. 避免产生喷射和蠕动。
g. 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。
h. 注意对外观质量的影响。
从模具的制造及结构考虑，该注塑模具采用矩形侧浇口。矩形侧浇口一般开设在模具的分型面上，从塑件的边缘进料。矩形侧浇口广泛应用于中小型塑件的多型腔注塑模，截面形状简单、易于加工、便于试模后修正。
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7.5 分浇道CAE 分析
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7.5 相关零件 7.5.1 浇口套
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P374表2-101Ⅱ型浇口套，d1=5mm；
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7.5.2 定位圈
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P397表2-134，d=20mm；
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8.1导柱-导套
8.1.1 导柱
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P377表2-105，d1=12.5mm；
图9-1 导柱
8.1.2 导套
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P381表2-109，d=12.5mm；
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图9-2 导套
9 注射机校核
9.1 注射量校核
经计算，工件与浇注系统总的注射体积V 注=2.68615cm3，远小于理论注射量60cm 3，符合注射机要求。
9.2 压力校核
根据注射压力条件：P 成≤P注。查《模具设计与制造简明手册（第一版）》p282，聚酰胺注射压力为70~120MPa。注射机压力122MPa ，符合要求。
9.3 锁模力校核
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》p294，根据锁
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模力要求：p 腔F≤P锁。取p 腔=50Mpa，F=31.7cm2，P 锁=500KN，锁模力符合要求。
9.4 开模行程校核
H1=20，H2=16，H1+H2+10=46mm，小于180mm ，符合要求。
9.5 模具厚度校核
由装配图可知模具的闭合高度H 闭=125mm，而注射机的最大模具厚度H max =200mm，满足安装要求。
综上所述：选取XS-Z-60型注射成型机完全符合本模具的使用要求。
10 结论
(1)注射机选择为XS-Z-60。
(2)塑件一模二腔成型，梯形浇道，圆形浇口。 (3)模架形式为动二定二。 (4)模具闭合高度为125mm 。 (5)采用导柱导套进行模具导向。 (6)推出机构为顶杆顶出。 (7)排气方式为零件间隙排气。 (8)冷却水道采用直通式水道。
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11 心得体会
本次课程设计的题目是注塑模，通过各个小组选定的不同的塑件，来设计各自的注塑模具，并且小组内部还要分为2,4,8腔3种不同的模具式样，目的在于培养我们个人的设计能力，尽量避免了不动脑筋互相抄袭的恶劣后果。
这次的设计不仅检验了我所学的各种塑料模具的知识，也培养了我严谨的设计态度。在设计的过程中，我们小组在组长的带领下互相督促，互相探讨，互相学习，不仅熟悉了模具设计与分析过程，掌握了查阅参考书与网上资料的技巧，对注塑模的设计有了更深层次的理解。并且在此期间与组员之间的合作学习让我对于为人处世和宽容理解也更加的了解了。 由于考试周原本的三周设计时间被压缩到了两周，但是，在我们小组各个成员的倾力合作之下，我们还是很好的在规定时间内将我们各自的注塑模具给设计了出来，而且期间出现的各种问题也被我们或者合力或者在吴文云老师的帮助下得到了解决办法。
通过这次的注塑模具设计，提高了我们的独立工作与思考能力，巩固和扩充了注塑模具课程的专业知识和视野，掌握了怎样分析零件的工艺性，确定工艺方案，更加深入了解了模具的基本结构，而且由于是手绘图纸，提高了我们的手工绘图能力，熟悉了注塑模具的规范和标准。
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综上所述，这次的注塑模具设计大大的提高了我们对于专业知识的运用和实践操作能力，是我们在此专业课上迈出的一大步。
成型工艺卡片：（具体见附录一）12、成型工艺参数的确定
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十一、 设计小结
通过对螺丝注塑模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，参考各类书籍，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD 软件就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。
模具CAD 技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。
总之，通过课程设计的又一次锻炼完全清楚：注塑模的整个设计过程，同时充分利用CAD 技术进行设计，并在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美并且实用性更强的模具。这次设计能顺利完成，需要感谢吴文云老师的精心指导。但错误之处在所难免，望批评指正。非常感激！
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参考文献
[1] 冯炳荛、韩泰荣、蒋文森等编. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社 [2] 张维合. 注塑模具设计实用教程. 化学工业出版社 [3] 杨占尧. 塑料模具课程设计指导与范例. 化学工业出版社 [4] 伍先明等编. 塑料模具设计指导. 国防工业出版社 [5] 陆宁编. 实用注塑模具设计. 中国轻工业出版社 [6] 黄虹. 塑料成型加工与模具 化学工业出版社 [7] 机械工人切削手册 机械工业出版社
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塑料成型工艺及模具设计
课程设计说明书
题 目：平头一字螺丝的注塑工艺及模具设计 专 业： 材料成型及控制(模具CAD/CAM) 班 级： 姓 名： 学 号： 指导老师：
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第一 部分 前 言 （1）
第二 部分 设计任务书 （2） 第三 部分 塑件成形工艺分析 第四 部分 分型面的选择 第五 部分 注射机的初选 第六 部分 模具的结构分析与设计 第七 部分 成型零件的设计 第八 部分 浇注系统的设计 第九 部分 成型设备的选择及校核 第十 部分 心得体会 第十一部分 成型工艺参数的确定 第十二部分 设(31)
第十三部分 参考资料
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(15) (22) (27) (28) 计小结 （32）
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一个学期的课程即将结束，为检验这一个学期以来对于塑料模设计的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即我们将努力认真的完成此次课程设计，我们的课程设计题目为：手轮注塑模具设计。
本次课程设计课题来源于生产实际，应用广泛，但成型难度相对较难，模具结构相对复杂，对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以手轮注塑模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构分析，最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程。能很好的达到学以致用的效果。在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时使用了AutoCAD 、SolidWorks 等软件。
本次课程设计得到了廖秋慧老师和张效迅老师的关心指导。正因为老师的悉心指导和帮助，我们才得以解决一个又一个难题，最后完成课程设计，在此谨代表小组全体同学向老师表示感谢。
由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师和同学批评指正。
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一、 设计任务书
1.1课程设计目的
本课程设计的目的是使我们在学完《塑料模具设计》课程之后，巩固和加深对塑料模有关理论的认识，提高设计计算、制图和查阅参考资料的能力。使得我们能正确运用专业知识，初步掌握制定注塑工艺规程及进行注塑模具设计的原则和方法。
在课程设计中应本着技术上先进、经济上合理的原则，制定注塑工艺规程和设计有关的注塑模具。
①塑料制品名称：螺丝（如右图）
②成型方法与设备：在适当的塑料注射机上注射成型； ③塑料原料：NYLON-66； ④收缩率：.1.5%；
⑤塑件图：如图所示为制品的图样。
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二、塑件成形工艺分析
主要技术指标
NYLON-66：尼龙66，聚酰胺-66。疲劳强度和钢性较高，耐热性较
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好，摩擦系数低，耐磨性好，但吸湿性大，尺寸稳定性不够。通常应用于中等载荷，使用温度
尼龙66主要用于汽车、机械工业、电子电器、精密仪器等领域。从最终用途看，汽车行业消耗的尼龙66占第一位，电子电器占第二位。大约有88%的尼龙66通过注射成型加工成各种制件，约12%的尼龙66则通过挤出、吹塑等成型加工成相应的制品。
二、塑件的尺寸精度分析
该塑件无尺寸精度特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，按MT5查取公差。其主要尺寸公差要求如表2.3.1—1所示：
2.3塑件结构工艺性分析
（1）壁厚分析：设计合理，壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的一昂球。 （2）圆角过渡：要从分型面位置、型芯、型腔结构来分析过渡圆角的设
置。根据本塑件的壁厚，均采用圆角半径R1mm 。
（3）脱模斜度：为便于塑件从模腔中取出，塑件的内外壁需要足够的脱
模斜度。外形尺寸以大端为基准，斜度往小处取；内形尺寸以小端为基准，斜度往大处取。根据PA 的性能和《模具设计与制造简明手册（第一版）》P252—表2-3：型芯脱模斜度为：0.5°，型腔脱
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模斜度为0.5°
三、分型面的选择
3.1分型面的选择原则
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较。
为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： （1）分型面应选择在制品的最大截面处，无论塑件以何形式布置，都应将此作为首要原则；
（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 （3）有利于保证塑件的精度要求。
（4）尽可能满足塑件的外观质量要求。分型面上型腔壁面稍有间隙，就会产生飞边。
（5）便于模具加工制造，在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。
（6）对成型面积的影响，尽量减少制品在合模方向上的投影面积, 以减小所需锁模力。
（7）对排气效果的影响，尽可能有利于排气。 （8）对侧向抽芯的影响（本塑件没有抽芯）。
其中最重要的是第（2）和第（5）、第（8）点。为了便于模具加工制造，应尽是选择平直分型面工易于加工的分型面。 3.2方案分析
该塑件为家用的旋钮塑料, 要求表面光滑平整；无毛刺无毛边；不允许缩水、凹坑；无划伤；无污物。在选择分型面时，根据分型面的选择原则, 考虑不影响塑件的外观以及成型后能够顺利取出制件，有以下几种方案：
分型面选择的首要原则是必须选择塑件断面轮廓最大的地方作为分型
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面，这是确保塑件能够脱出模具而必须遵循的基本原则。 （1）分型面的方案一：
该塑件采用水平分型，在两个圆柱交界处分型，上圆柱在定模部分成型，下圆柱在动模部分成型。在有动模端的推杆将塑件从型腔中推出。此种分型面选择虽然保证了在投影最大处取，但是两圆柱的同轴度不能很好保证，所以此分型面方案不是好。
A
A
A
(2) 分型面的方案二：
该塑件采用水平分型，定模部分成型塑件的内部结构，将型芯装在定模上，当开模后塑件留在动模，然后由动模上的推杆将塑件脱出，这样就可以达到塑件的外观的使用要求，很好的保证了同轴度且符合在最大投影面出分型。此方案比起方案一要好。
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A
结论：综合上述的两种方案，从塑件的外观要求，模具的成型性能，以及模具的加工经济性考虑出发，还是方案二的分型方案较好的一种方案，所以采用方案二的分型面。
四、注射机的初选
4.3.1计算塑件的体积
根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件的体积为：V 1=537.2354mm 3。 4.3.2计算所需的体积
浇注系统凝料按1：1取，故：V 2= V1=537.24mm 3
塑件和浇注系统凝料总体积为（按一模四腔计算）：V= V*4*（1 +1 ）= 4.32cm3
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4.3.3选用注射机
根据总体积V= 4.32 cm3，初步选取XS-Z-60型螺杆式注射成型机。
XS-Z-60型螺杆式注射成型机主要参数如下表所示
4.4.1注射量的校核公式是 （0.8 ~ 0.85）W 公 W 注
式中 W 公——注射机的公称注射量，cm 3
W 注——每模的塑料体积量，cm 3
如前所述，塑件及浇注系统的总体积为4.32 cm3，远小于注射剂的理论注射量60 cm3，故满足要求。
五、模具的结构分析与设计
5.1确定模架
5.1.1 确定型腔布局
模具采用一模四腔，布局如下图所示，需要确定图中尺寸。
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（1）确定S 1和S 2
查《塑料模具设计指导与范例》P364表2-89可得： S 2=15
（2）确定L 和b
L=2S2+2d=2*10+2*15=50
b=L=50
5.1.2 确定模板尺寸
根据上面的b 和L ，考虑注塑机的大小、导柱、导套和螺钉等布置，根据GB/T 12555-2006《模具设计与制造简明手册》第一版P355, 模架型号为：125mm ×125mm 。
5.1.3 确定模架尺寸
模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。
1. 定模座板（160mm ×125mm 、厚20mm ）
定模座板是模具与注射机连接固定的板，定模座板上固定导柱和定位圈，材料为45钢。定位圈通过4个M8的内六角圆柱螺钉与其连接。定模座板上的导柱与导柱孔采用H7/k6配合，定模座板与拉料杆采用H7/k6配合。
2. 定模板（125mm ×125mm 、厚20mm ）
用于固定定模模仁和导套。应该有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，定模与定模模
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仁采用H7/m6配合。
3. 动模板（125mm ×125mm 、厚20mm ）
用于固定动模模仁和导套。一般用45钢。动模板应具有较高的平行度和硬度。动模模仁通过4个沉头螺钉M8固定在动模板上面。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，动模与动模模仁采用H7/m6配合。
4. 垫块（25mm ×125mm 、厚40mm ）
主要作用：在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。
结构形式：可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。 垫块材料：垫块材料为45
垫块的高度h 校核：
h=h1+h2+h3+s+δ=4+12.5+10+10+3.5=40mm
式中 h1——顶出板限位钉的厚度，该模具限位钉厚度，为
4mm ；
h2——挡板厚度，为12.5mm ；
h3——顶杆固定板厚度，为10mm ；
s ——推出行程，为10mm ；
δ——推出行程富余量，取3.5mm 。
5．动模座板（160mm ×125mm 、厚16mm ）
动模座板上的注射机顶杆孔为Φ150mm ，动模座板上还有四个挡钉孔，动模座板的推板导套孔与推板导柱采用H7/n6配合。挡钉与挡钉孔采用H7/n6配合，材料为45钢。
6．挡板（71mm ×125mm 、厚12.5mm ）
推板上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用4个M6的内六角圆柱螺钉与推半固定板固定。材料为45钢。
7．推杆固定板（71mm ×125mm 、厚10mm ）
材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合。
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六、 成型零件的设计
6.1.1 成型零件的结构分析
1. 型腔的设计
定模
型腔采用整体式结构。整体式型腔有较高的强度和刚度，在使用中不易发生变形。
本模具是一模两腔，两个型腔均做在一个模仁内。
2. 型芯的设计
型芯采用整体式，制作时放在定模部分。
2）动模
由于分型面取在塑件最大投影面积处，因此，动模部分有型腔。
6.2 排气系统的设计
在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统原有的空气外，还有塑料受热或凝固时产生的低分子挥发气体。这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成性缺陷。另外气体的 存在还会产生反压力而降低充模速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。
由于该模具的总体尺寸一般，属于小型模具，可以利用推杆、型芯以及型芯端部与模板的配合间隙、分型面进行排气。其配合间隙为0.03~0.05mm
6.3 成型零件的尺寸计算
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平均收缩率=1.5%尺寸偏差取IT7级
（1）型腔尺寸计算：
• 径向尺寸计算公式：L m =（L s +L s S cp -
• 高度尺寸计算公式：H m =（H s +H s S cp -3+δs ）0 42+δs ）0 3
• Φ10.0-0.20=（10+10*1.5%-3/4*0.2)+0.015 =10+0.015
• Φ6.0-0.20=(6+6*1.5%-3/4*0.2)+0.015 =5.94+0.015
• H2.3+0.16=(2.3+2.3*1.5%-2/3*0.16)+0.01=2.23+0.01
• H10+0.22=(10+10*1.5%-2/3*0.22)+0.015=10+0.015
（2）型芯尺寸计算：
• 径向尺寸计算公式：l m =（l s +l s S cp +
• 高度尺寸计算公式：h m =（h s +h s S cp +30）-δs 420）-δs 3
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• H1.9+0.16=(1.9+1.9*1.5%+2/3*0.18)-0.01=2.05-0.01
• H2.3+0.16=(2.3+2.3*1.5%+2/3*0.16)-0.01=2.44-0.01
6.4 顶出机构设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上托出，完成拖出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。
脱模推出机构的设计原则
塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：
（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。
（2）保证塑件不因推出而变形损坏。
（3）机构简单、动作可靠。
（4）良好的塑件外观。
（5）合模时的准确复位。
本模具采用顶杆顶出，顶出杆顶出出是一种基本的、也是一种常用的塑件顶出方式。常用的顶杆形式有圆形、矩形、阶梯形。我们采用圆形顶杆。
7浇注系统的设计
7.1 浇注系统设计原则
（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降，流量和温度的分布的均衡布置；
（2）结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；
（3）尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；
（4）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于
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熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；
（5）避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；
（6）浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；
（7）熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；
（8）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；
（9）浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求；
（10）设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；
（11）尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。
7.2 主流道设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。
主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
7.2.1 主流道尺寸
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（1）主流道小端直径d
主流道小端直径d = 注射机喷嘴直径+（0.5～1）
=4+（0.5～1）
取d=5mm 这样便于喷嘴和主流道能同轴对准，也能使的主流道凝料能顺利脱出
（2）主流道球面半径
主流道入口的凹坑球面半径R ，应该大于注射机喷嘴球头半径的2～3mm 。反之，两者不能很好的贴合, 会让塑件熔体反喷, 出现溢边致使脱模困难.
SR=注射机喷嘴球头半径+2～3；
SR=12+2～3；
取d=14mm，经查表，取d=15mm。
（3）主流道长度l
一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小模具控制在50之内。在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具。本设计中结合该模具的结构，取l=43mm。
（4）主流道大端直径
D=d+2ltanα（半锥角α为1°～2°）≈6mm
7.2.2 主流道衬套
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主
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流道衬套形式，即浇口套。
7.3 分流道的设计
分流道设计：根据《模具设计与制造简明手册（第一版）》P299表2-40，选择梯形分流道，根据分流道直径计算公式：D=0.2654m1/2L1/4
式中：D ——分流道直径，mm ；m ——制品质量，g ；L ——分流道长度，mm 。
代入数据，经计算得D=3mm，查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P299表2-40，选择L=4,H=3；如图6-1：
图6-1 分浇道截面形状和尺寸
7.4 浇口的设计
浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑
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料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择。通常要考虑以下几项原则：
a. 尽量缩短流动距离。
b. 浇口应开设在塑件壁厚最大处。
c. 必须尽量减少熔接痕。
d. 应有利于型腔中气体排出。
e. 考虑分子定向影响。
f. 避免产生喷射和蠕动。
g. 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。
h. 注意对外观质量的影响。
从模具的制造及结构考虑，该注塑模具采用矩形侧浇口。矩形侧浇口一般开设在模具的分型面上，从塑件的边缘进料。矩形侧浇口广泛应用于中小型塑件的多型腔注塑模，截面形状简单、易于加工、便于试模后修正。
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7.5 分浇道CAE 分析
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7.5 相关零件 7.5.1 浇口套
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P374表2-101Ⅱ型浇口套，d1=5mm；
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7.5.2 定位圈
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P397表2-134，d=20mm；
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8.1导柱-导套
8.1.1 导柱
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P377表2-105，d1=12.5mm；
图9-1 导柱
8.1.2 导套
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》P381表2-109，d=12.5mm；
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图9-2 导套
9 注射机校核
9.1 注射量校核
经计算，工件与浇注系统总的注射体积V 注=2.68615cm3，远小于理论注射量60cm 3，符合注射机要求。
9.2 压力校核
根据注射压力条件：P 成≤P注。查《模具设计与制造简明手册（第一版）》p282，聚酰胺注射压力为70~120MPa。注射机压力122MPa ，符合要求。
9.3 锁模力校核
查《模具设计与制造简明手册（第一版）》p294，根据锁
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模力要求：p 腔F≤P锁。取p 腔=50Mpa，F=31.7cm2，P 锁=500KN，锁模力符合要求。
9.4 开模行程校核
H1=20，H2=16，H1+H2+10=46mm，小于180mm ，符合要求。
9.5 模具厚度校核
由装配图可知模具的闭合高度H 闭=125mm，而注射机的最大模具厚度H max =200mm，满足安装要求。
综上所述：选取XS-Z-60型注射成型机完全符合本模具的使用要求。
10 结论
(1)注射机选择为XS-Z-60。
(2)塑件一模二腔成型，梯形浇道，圆形浇口。 (3)模架形式为动二定二。 (4)模具闭合高度为125mm 。 (5)采用导柱导套进行模具导向。 (6)推出机构为顶杆顶出。 (7)排气方式为零件间隙排气。 (8)冷却水道采用直通式水道。
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11 心得体会
本次课程设计的题目是注塑模，通过各个小组选定的不同的塑件，来设计各自的注塑模具，并且小组内部还要分为2,4,8腔3种不同的模具式样，目的在于培养我们个人的设计能力，尽量避免了不动脑筋互相抄袭的恶劣后果。
这次的设计不仅检验了我所学的各种塑料模具的知识，也培养了我严谨的设计态度。在设计的过程中，我们小组在组长的带领下互相督促，互相探讨，互相学习，不仅熟悉了模具设计与分析过程，掌握了查阅参考书与网上资料的技巧，对注塑模的设计有了更深层次的理解。并且在此期间与组员之间的合作学习让我对于为人处世和宽容理解也更加的了解了。 由于考试周原本的三周设计时间被压缩到了两周，但是，在我们小组各个成员的倾力合作之下，我们还是很好的在规定时间内将我们各自的注塑模具给设计了出来，而且期间出现的各种问题也被我们或者合力或者在吴文云老师的帮助下得到了解决办法。
通过这次的注塑模具设计，提高了我们的独立工作与思考能力，巩固和扩充了注塑模具课程的专业知识和视野，掌握了怎样分析零件的工艺性，确定工艺方案，更加深入了解了模具的基本结构，而且由于是手绘图纸，提高了我们的手工绘图能力，熟悉了注塑模具的规范和标准。
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综上所述，这次的注塑模具设计大大的提高了我们对于专业知识的运用和实践操作能力，是我们在此专业课上迈出的一大步。
成型工艺卡片：（具体见附录一）12、成型工艺参数的确定
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十一、 设计小结
通过对螺丝注塑模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，参考各类书籍，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD 软件就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。
模具CAD 技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。
总之，通过课程设计的又一次锻炼完全清楚：注塑模的整个设计过程，同时充分利用CAD 技术进行设计，并在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美并且实用性更强的模具。这次设计能顺利完成，需要感谢吴文云老师的精心指导。但错误之处在所难免，望批评指正。非常感激！
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参考文献
[1] 冯炳荛、韩泰荣、蒋文森等编. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社 [2] 张维合. 注塑模具设计实用教程. 化学工业出版社 [3] 杨占尧. 塑料模具课程设计指导与范例. 化学工业出版社 [4] 伍先明等编. 塑料模具设计指导. 国防工业出版社 [5] 陆宁编. 实用注塑模具设计. 中国轻工业出版社 [6] 黄虹. 塑料成型加工与模具 化学工业出版社 [7] 机械工人切削手册 机械工业出版社
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