1 绪论模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。

在汽车、机电、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工等行业中，60%～80%的零件都依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越迫切，精度要求越来越高，结构要求也越来越复杂。

用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低消耗，是其他加工制造方法不能比拟的。

模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志。

模具的类型很多，按照成型件的材料不同，可分为冲压模具、塑料模具、锻造模具、压铸模具、橡胶模具、粉末冶金模具、玻璃模具和陶瓷模具等，其中应用最广泛的是冲压模具和塑料模具，其中应用最广泛的是冲压模具和塑料模具。

塑料成型加工技术的发展仍在继续，其近期发展趋势如下：（1）由单一性技术向组合性技术发展，如注射——拉伸——吹塑成型技术和挤出——模压——热成型技术等；（2）有常规条件下的成型技术向特殊条件下的成型技术发展，如超高压和高真空条件下的塑料成型加工技术；（3）由基本上不改变原有性能的保质成型加工技术向赋予塑料新型性能的变质成型加工技术发展，如双轴拉伸薄膜成型、发泡成型和借助电子束和化学交联机使热固性塑料在成型过程中进行交联挤出等；（4）为提高加工精度、缩短制造周期，在模具加工技术方面已经广泛应用仿型加工、电加工、数控加工等技术；（5）模具材料的选用直接影响到模具的加工成本、使用寿命以及塑料制件的成型质量等，因此，国内外对模具的工作条件、失效条件和提高模具使用寿命的途径进行了大量研究工作，并开发出许多具有良好使用性能、加工性能、热处理变形小的新型塑料模具钢，如预硬钢、新型淬火回火钢、马氏体实效钢、析出硬化钢和耐腐蚀钢，经过应用均已取得较好的技术和经济效果。

本设计通过对模具的研究和工厂实地考察研究，分析模具结构，借鉴国内外学者的设计经验确定方案。

主要研究的是塑料模的材料选取，注射机的应用，型腔布局与分型面设计，浇注系统设计，冷却系统设计，成型零件设计，模架的选用，合模导向机构设计，脱模机构设计，注射机校核，由此设计出保温杯注塑模。

2 制件分析制件的材料采用聚苯乙烯（GPPS），属于热塑性塑料。

其分子量高达200,000- 300,000。

如此高的分子量提高了它的抗冲击性能，它的透明度可以与PMMA相媲美，此外，它的可加工性和优秀的机械性能使其适用范围非常广泛。

透明度、杂质含量、分子量是决定该材料性能和等级判定的重要因素。

图1 模型图GPPS有极优秀的机械性能、透光性、耐热性、可塑模性和着色性。

它在加热时软化以至流动，冷却时却固化定型，这种过程是可逆的，可以反复进行。

此图2 零件图外，GPPS的特性能够极好地满足电子工业的要求，它的介电常数可以忽略不计。

它是一种无毒的树脂，在注塑过程中能产生少量的气体。

由于其拥有极优秀的耐磨性和流动性，GPPS可以很好地用于注塑成模，以及OPS（导向性树脂）和PS （树脂薄膜）。

GPPS优异的机械性能、可加工性、可注模性，以及耐热性，能够极大的改善最终产品的质量。

用其他树脂制造品发生的表面脱落现象还没有在HIPS树脂上发现。

从零件图上看，尺寸精度中等偏上，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。

从零件壁厚来看，壁厚差为0.4mm，较均匀，有利于零件的成型。

该零件的表面质量除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有导电杂质外，没有其他特殊要求，所以比较容易实现。

注射模主要由成型部件（指动、定模部分有关组成型腔的零件）、浇注系统（将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道）、导向部件（使模具合模时能准确对合）、推出机构（模具分型后，塑料从型腔中推出的装臵）、调温系统（为满足注射工艺对模具温度的要求）、排气系统（将成型时型腔内的空气和塑料本身挥发的气体排出模外，常在分型面上开设排气槽）和支承零部件（用来安装固定或支承成型零部件及其它机构的零部件）组成，有时还有侧向分型与抽芯机构。

3 计算制件的体积和质量注射成型机是利用塑料成型模具将热塑性塑料或热固性塑料制成塑料制件的注射成型设备，也是应用最广的塑料成型设备。

注射成型机通常由注射装臵、合模装臵、液压传动系统、电器控制系统等组成。

注射装臵使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的速度和压力将一定量的熔体注射进模具型腔。

合模装臵也称锁模装臵，用于保证注射模具可靠闭合，实现模具开、合动作以及顶出制件。

液压和电器控制系统保证注射机按预定工艺过程的要求（如压力、温度、速度和时间）和动作程序准确、有效地工作。

塑料注射成型是利用塑料的玻璃态、高弹态和粘流台三种物理状态，在一定的工艺条件下，借助于注射机和模具，成型出所需要的制件。

尽管所用的注射机、模具和工艺参数不尽相同，但从所要实现的工艺内容基本工序来看，其工作过程大致是：（1）合模与锁紧。

（2）注射装臵前移。

（3）注射与保压。

（4）制件冷却与预塑化。

（5）注射装臵后退。

（6）开模与顶出制件。

使用Pro/E软件画出保温杯三维实体图，自动计算出制件体积V=125cm3，查手册得到聚苯乙烯（GPPS）密度P=1.04g/㎝3，即得到制件的质量为130g[1]。

采用一模两件的模具结构，考虑注射时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注射机为上海橡塑机厂的XS-ZY-500立式注塑机，其主要技术参数查表如下：注射压力：145Mpa；合模力：500KN；注射行程：200mm；最大开（合）模行程：500mm；模具最大厚度：450mm；模具最小厚度：300mm；动定模固定板尺寸：700mm×850mm；注射方式：螺杆式；喷嘴球半径R=12mm；喷嘴口直径D=4mm[2]。

对于薄壁精密制品，可以利用注塑时螺杆前移引起熔体吸收能量，在螺杆移动停止后通过熔体膨胀高速充满型腔来实现。

4 制件注射成型工艺参数要制造出精密的制品，精密模具是必不可少的。

模具的精度一般受模具的温度控制、模具的精密制造和模具设计时对塑料收缩率选用等影响。

模具应有足够的强度、刚度和耐磨性，在注塑压力下不易变形、磨损。

要达到以上的加工精度可采用立体加工中心、数控机床和应用CAD /CAM /CAE等新技术。

选取最佳的成型工艺参数能够减少塑料制品的收缩率。

塑料的收缩特性是指塑料的热收缩、弹性回复、塑性变形、后收缩和老化收缩的综合反映，通常是因材料吸水或分子链重排而引起，具体表现为线性收缩率和体积收缩率的变化，常用收缩特性值表示。

热塑性塑料注塑制品成型时收缩率波动较大，特别是对于结晶性塑料注塑制品更加明显，由于结晶度不仅取决于化学结构，而且还受到加工过程中冷却参数(冷却速率、熔体温度、模具温度、制品厚度)的影响，给模具设计确定型腔尺寸和控制制品尺寸精度带来困难，所以迫切需要了解注塑工艺参数对各种塑料收缩率的影响规律。

注塑条件对制品成型的影响：（1）塑料材料塑料材料性能的复杂性决定了注射成型过程的复杂性。

而塑料材料的性能又因品种不同、牌号不同、生产厂家不同、甚至批次不同而差异较大。

不同的性能参数可能导致完全不同的成型结果。

（2）注射温度熔体流入冷却的型腔，因热传导而散失热量。

与此同时，由于剪切作用而产生热量，这部分热量可能较热传导散失的热量多，也可能少，主要取决于注塑条件。

熔体的粘性随温度升高而变低。

这样，注射温度越高，熔体的粘度越低，所需的充填压力越小。

同时，注射温度也受到热降解温度、分解温度的限制。

（3）模具温度模具温度越低，因热传导而散失热量的速度越快，熔体的温度越低，流动性越差。

当采用较低的注射速率时，这种现象尤其明显。

（4）注射时间注射时间对注塑过程的影响表现在三个方面：（1）缩短注射时间，熔体中的剪应变率也会提高，为了充满型腔所需要的注射压力也要提高。

（2）缩短注射时间，熔体中的剪应变率提高，由于塑料熔体的剪切变稀特性，熔体的粘度降低，为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。

（3）缩短注射时间，熔体中的剪应变率提高，剪切发热越大，同时因热传导而散失的热量少,因此熔体的温度高,粘度越低，为了充满型腔所需要的注射压力也要降低。

以上三种情况共同作用的结果，使充满型腔所需要的注射压力的曲线呈现“U”形。

也就是说，存在一个注射时间，此时所需的注射压力最小。

要制得高质量和稳定的塑料件，注塑机的塑化单元是非常重要的。

对塑化单元评判的重要标准是：注射量、塑化速率、注射速率、高聚物在塑化单元的停留时间。

干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理；熔化温度：200-275℃，注意不要超过275℃；模具温度：60-80℃，建议使用50℃。

结晶程度主要由模具温度决定；注射压力：可达到1800bar；注射速度：使用高速注塑可以使内部压力减小到最小；成型时间：20s-50s；高压时间：0s-3s；冷却时间：20s-90s；总周期：50s-160s。

5 注射模的结构设计5.1 型腔数目的确定为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证制件精度，模具设计时应确定型腔数目。

型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑，设为一模二腔。

5.2型腔的排列方式综合考虑到浇注系统、模具结构的复杂程度、抽芯结构以及出模方式的设计等复杂因素，模具的型腔排列方式如图3所示：图3 型腔排列方式5.3 分型面的选择分型面是动、定模的分界面，即打开模具取出制件或取出浇注系统凝料的面。

分型面的位臵影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。

分型面是模具中用以取出制品和浇注系统凝结材料的可分离的接触表面。

在模具设计中，必须考虑成型时分型面的形状和位臵，以便于模具成型。

分型面位臵选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位臵、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位臵形状以及推出方法、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具体可以从以下方面进行选择。

（1）分型面位臵应设在制件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔，这是分型面选择的首要原则。

（2）有利于保证制件尺寸精度。

（3）有利于保证制件的外观质量。

（4）满足制件的使用要求。

（5）考虑注射机的技术规格，使模板间距大小合适。

（6）考虑锁模力，尽量减少制件在分型面的投影面积。

（7）尽可能将制件留在动模一侧，易于设臵和制造简便易行的脱模机构。

（8）考虑侧向抽拔距，一般机械式分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。

（9）尽量方便浇注系统的布臵。

（10）有利于排气。

（11）模具零件易于加工。

实践中，分型面的选择有时与上面的各条原则相悖，因此在选择分型面时应综合考虑各种因素，权衡利弊，以取得最佳的效果。