摘要： 該設計介紹了成型帶有彎管結構的壓蓋的注塑模具。開模動作以一種弧形軌跡的方式進行抽芯是這副模具的特點，此處設置了以擺板和橫梁組成的擺框，由導板、滑銷實現的弧形抽芯機構。塑料制品另一個要處理好的部位是螺紋，螺紋的脫模采取二次脫模方式，先抽型芯桿，后由推板強行推出。在制品滴嘴對稱的部位設置潛伏式澆口，弧芯兩邊對稱受力，便于熔料合理流動和排氣。 關鍵詞： 螺紋 弧形抽芯 分型脫模 注射模 Abstract: This design introduced takes shape has the elbow piece to pull out the core organization the gland to cast the mold. Opened the mold movement to carry on by one arching trajectory way pulls out the core is this vice- mold characteristic, here establishes by has suspended the board and the crossbeam composition pendulum frame, by restricting-plate, the sear slide realized the arc to pull out the core organization. Plastic product another must process the spot is the thread, the thread drawing of patterns adopts two times of drawing of patterns ways, the pulling out core pole, latter forcefully promotes first by the push pedal. The goods in process drip nozzle symmetrical spot establishes the ambush type runner, arches the core two side symmetrical stress, is advantageous for the melt material reasonably to flow with the exhaust. Keywords: thread； core pulling； step-by-step parting demoulding； injection mould 中北大學分院學士畢業論文 1 目 錄 前言 . 1 第一章 塑件分析和設計 . 3 第 1.1節 原材料的選擇 . 3 第 1.2 節 制品原材料的介紹 . 4 第 1.3節 產品結構分析 . 6 第二章 注塑機的選擇 . 7 第 2.1節 注塑機的選擇 . 7 第 2.2 節 注塑機有關工藝參數的校核 . 9 第三章 方案論證 . 10 第四章 澆注系統設計 . 11 第 4.2 節 慨述 . 11 第 4.2 節 流道的設計 . 11 第 4.3 節 澆口的設計 . 12 第五章 分型面和排氣槽的設計 . 13 第 5.1 節 分型面設計 . 13 第 5.2 節 排氣槽的設計 . 14 第六章 成型零件的設計 . 14 第 6.1 節 概述 . 14 第 6.2 節 成型零件的結構設計 . 15 第 6.3 節 成型零件的工作尺寸計算 . 16 第 6.4 節 型芯的側壁厚的設計 . 18 第七章 塑件抽芯機構和脫模機構的設計 . 19 第 7.1 節 概述 . 19第 7.2節 抽芯機構設計 . 20 第八章 合模導向機構的設計 . 20 第 8.1 節 引言 . 20 第 8.2 節 導柱的設計要點 . 20 第九章 模溫調節系統的設計 . 21 第 9.1 節 模具溫度設計原則 . 21 第 9.2 節 冷卻系統設計原則 . 22 第 9.3 節 溫度調節系統的設計 . 22 第十章 結論 致謝 . 26 參考文獻 . 28 外文翻譯 . 29 中北大學分院學士畢業論文 1 前 言 材料只有通過成型才能具有使用價值的各種制品，以上的金屬制品（含半成品）， 95以上的塑料制品時通過模具（包括壓延輥筒）來成型的。 模具時工業生產的重要裝備，它被用來成型具有一定形狀和尺寸的各種制品。在各種材料加工工業中廣泛地使用著各種模具，如金屬制品成型的壓鑄模，鍛壓模，澆鑄模，非金屬制品成型的玻璃模，陶瓷模，塑料模等。每種材料成型模具按成型方法不同又分為若干種類型。 采用模具生產制件具有生產效率高，質量好，切削少，節約能源和原材料，成本低 等一系列優點，模具成型已經成為當代工業生產的重要手段，成為多種成型工藝中最具潛力的發展方向。模具是機械，電子等行業的基礎工業，它對國民經濟和社會的發展起著越來越大的作用。 中北大學分院學士畢業論文 2 中北大學分院學士畢業論文 3 一個國家模具生產能力的強弱，水平的高低，直接影響著許多工業部門的新產品開發和老產品更新換代，影響著產品質量和經濟效益的提高。我國未了優先發展模具工業，制定了一系列優惠政策，并把它放在國民經濟發展十分重要的戰略地位。 模具使用時要求高效率，自動化，操作簡便，因而當塑件的批量較大時，應盡量減少開模取制件過程中的手工操作，為此常采用自動脫 模，自動側抽芯等高效率自動化的模具，在全自動生產時還要保證制品脫出是能自動墜落或能用機械手取出。 模具制造要求模具零件的加工工藝性能好，選材合理，制造容易，成本低廉。除簡易模具外一般來說制模費用是十分昂貴的，一副優良的注塑模具可生產百萬件以上的制品，壓制模具一般也能生產制品約 25 萬件。因此當塑件批量不大時，分攤在每一個塑件上的模具費會很高，這時應盡可能地采取簡單，合理，價廉的模具。 應特別強調塑料制品質量與模具之間的關系，模具的形狀，尺寸精度，表面粗糙度，分型面位置，脫模方式對塑件的尺寸精度，形位精度，外觀 質量影響很大。模具的控溫方式，進澆點，排氣槽位置等塑件的結晶，取向等凝聚態結構及由他們決定的物理力學性能，殘余內應力，光學，電學性能，以及氣泡，凹陷，燒焦，冷疤，銀紋等各種制品缺陷有重要關系。 中北大學分院學士畢業論文 4 塑料制品生產中先進合理的成型工藝，高效的設備，先進的模具是必不可少的重要因素。塑料模具對實現塑料成型工藝要求和塑件使用要求起著十分重要的作用。任何塑件的生產的更新換代都是以模具的制造和更新為前提的，由于目前工業和民用塑件的產量猛增，質量要求越來越高，因而導致了塑料模具研究，設計和制造技術的迅猛發展。 在新世紀來到之際 ，我國模具工業的發展將面臨新的機遇和挑戰。回顧以往，展望未來，我們滿懷信心期待模具技術在 “ 十五 ” 期間有更快的發展。實施標準化、專業化推動了我國塑料模具加工工業的發展，并將繼續為我國塑料模具生產企業提高技術水平、增強競爭實力、加快融入國際大市場的步伐提供必要的技術保障。作為新世紀的大學生，我一定要學好模具的專業知識，用心做好每一個模具設計，努力為國家的模具事業作出我的一點貢獻。 中北大學分院學士畢業論文 5 第一章 塑件分析和設計 第 1.1節 原材料的選擇 注射塑料制品的選材要求主要取決于使用要求，為達到均衡選材還需考慮材料的注射工藝性和模具的結構工藝性。 1.1.1 選材依據 (1)塑料件所需性能（使用要求）。 使用要求是一個綜合性的問題。這里我們設計的塑料制件是割紙刀刀柄，屬一般的室內用塑料件，對耐候性要求不高。需要有一定的剛度，并對制品表面的粗糙度也有一定要求。已確定采用注射模塑成型，對原材料性能的最低要求如表 11 ： 表 11 原材料性能項目的最低數值清單： 抗壓強度 50 MPa 彎曲模量 900 MPa 熱變形溫度 80 帶缺口懸臂沖擊強度 2 kJ/m2 斷裂伸長率 5 % 表 12 幾種塑料的性能比較 材料 名稱 密度 （ g/cm3） 強度極限 b （ kg/mm2） 比強度 b/ 彈性模量 E (kg/mm2) 比剛度 （ E/） 價格 元 /噸 PE 0.96 39.5 41.2 1078.7 1123.7 6600 PP 0.90 32.3 35.9 1274.8 1416.4 7450 PS 1.06 48.6 45.9 3137.9 2905.8 7850 ABS 1.05 48.0 45.1 2059.3 1961.2 10100 POM 1.41 60.4 42.8 2745.7 1947.3 15000 PA-6 1.13 81.0 71.7 2745.7 2418.31 16900 PA-66 1.14 78.3 68.6 1274.8 1118.2 18900 PC 1.20 61.8 51.5 2353.4 1961.1 20100 中北大學分院學士畢業論文 6 (2)幾種塑料性能比較，見上表 1 2。 (3)塑料材料性能排序，見下表 13 。 表 13 幾種常用塑料的使用性能排序 序號 性 能 說 明 塑料代號排序 1 強度剛度 高 低 PA POM PSU PET EP ABS PS PVC PMMA PP PE 2 耐磨減磨 好 差 PA PAR PP PBT PC FEP POM ABSPVC PS PMMA PSU 3 耐化學性 好 可 PCTFEF3 PEEK PPS PTFE PPSU PPO ABS HDPE PB PA PC 4 耐熱性 高 低 PTFE EP PSU PC PP PE POM PMMA ABS PS PVC 5 尺寸穩定性 精 粗 PENTON PVC PSF PS PMMA ABS PC PA PSU PPO PP PE 6 抗老化性 強 弱 FEP F46 PTFE UEMWPE PEEK PMMA PAR PBT PC POM 7 阻燃性 好 差 PTFE PVC PI PPO PC PVF PEC EP PMMA PE PP 8 電性能 低 高 PTFE PE PVC PET PMMA PI PBT PPS PA TTE PPP 9 透明性 好 劣 PMMA PS PC PCTFEF3 PA PA-1010 10 耐折疊性 好 差 PP PE PVC PPC PS ABS 按選材經驗和推薦使用情況綜合考慮使用要求，選取合適的材料，其中還須考慮經濟成本和材料來源， 制品為塑料洗浴液壓蓋， 屬一般的室內用塑料件，對耐候性要求不高需要有一定的剛度，并對制品表面的粗糙度也有一定要求， 在這個設計 中所要求的原材料是 PP。 第 1.2節 制品原材料的介紹 1.2.1 PP 的 性能 相對密度小，塑料中最輕的。強度，剛性，耐熱性均優于低壓聚乙烯，可在 100左右使用。具有優良的耐腐蝕性，耐疲勞性好，耐水耐藥品，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響。折彎性好，但低溫變脆，不耐磨，易光老化。 PP 屬結晶性材料，吸濕性小，可能發生熔融破裂，長期與熱金屬接觸會發生分解。其流動性極好，溢邊值0.03mm 左右。冷卻速度快，澆注系統及冷卻系統應散熱適度。成型收縮范圍大，收縮率大，易發生縮孔、凹痕、變形，取向性強。成型加工時注 意控制成型溫度，料溫低取向性明顯，尤其是在低溫高壓時更明顯。模具溫度低于 50 以下塑件無光澤，易產生溶接痕、流痕； 90以上時易發生翹曲、變形。塑件應壁厚均勻，避免缺口，以防止應力集中。 中北大學分院學士畢業論文 7 其主要性能見表 1.4： 1.2.2 PP 的主要用途 PP的用途很廣，可以用來制作汽車發動機周圍需要耐熱的部件，需要煮沸消毒和高壓殺菌的醫療機械和餐具等；還可以用來制作需抗彎曲疲勞的汽車的車軸踏板，文件類的封面，封蓋及各種容器等。 PP 廣泛用于制作化工管道，各種貯槽和壓濾機 表 1.4 聚丙烯（ PP）部分性能 物 理 性 能 密 度 0.880.91 力 學 性 能 拉伸強度 (MPa) 30 39 收縮率 ( ) 1.03.0 拉伸彈性模量 (GPa) 1.1 1.6 熔 點 ( ) 164170 彎曲強度 (M Pa) 42 67 熱變形溫度 ( ) 105116 彎曲彈性 (GPa)_ 1.45 壓縮強度 (MPa) 39 56 工 藝 參 數 模具溫度（） 40 60 缺口沖擊強度 (KJ/ ) 3.5 4.8 噴嘴溫度（） 190 220 硬度 HR95 105 中段溫度（） 220 240 電 性 能 體積電阻率 10 后段溫度（） 180 210 注射壓力 MPa 40 80 介電常數 10Hz2.0 2.6 塑化形式 螺桿式， 柱塞式 擊穿電壓 (kv/mm) 20 26 噴嘴形式 通用式 中北大學分院學士畢業論文 8 框架等。還可用來生產纖維，單絲，扁絲等強力制品和管道，扁絲可以制成編織薄以 用作包 裝材料等等。 第 1.3 節 產品結構分析 1.3.1 塑件的結構及尺寸精度的確定 塑料制品的尺寸精度與塑料制品品種有關，根據各種塑料收縮率不同，可將各種塑料的公差等級分為高精度、一般精度和低精度。對于塑料制品技術要求和尺寸精度盡量降低，采用一般精度。 PP塑件一般精度為 MT4，未注公差尺寸為 MT6。 塑件如圖： 中北大學分院學士畢業論文 9 1.3.2 表面質量 塑件表面質量包括表面粗糙度和表觀缺陷狀況（ 缺料、溢料、凹陷、熔接痕、銀紋、澆口處發渾、翹曲、粘膜和粘流道等）。如果不考慮表觀缺陷狀況，則制品的表面質量主要取決于表面粗糙度。一般而言，原材料的質量、工人操作水平及模具型腔的表面粗糙度等因素，均對制品的表面粗糙度有影響。其中模腔的表面粗糙度影響最大。制品要求的表面粗糙度數值越小，模腔表面越光滑， 加工模具時的研磨拋光要求也越高，模具制造的難度也越大。因此，治貧表面的粗糙度應視情況而定，除了考慮使用要求外，還須考慮美觀。模塑制品的表面粗糙度通常為 Ra0.02 1.28 m ，這里取 Ra0.8。模腔表面粗糙度數值為制品的 1/2，即 Ra0.01 0.64 m ,這里取 Ra0.2。 第二章 注射機的選擇 第 2.1節 注塑機的選擇 注塑成型機類型和規格很多，臥式注塑機是目前使用最廣泛的注塑成型機，其注塑柱塞或螺桿與模板的合模運動均沿水平方向裝設，并且多數在一條直線上，其優點是機體較低，容易操縱和加料，制件推出模具后可自動墜落，故易實現全自動化操作，機床重心較低安裝穩定，一般大中型注塑機均采用這種形式。此處就采用臥式螺桿式注塑機。 模具設計時需要考慮注射機技術的規范有：最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、模具安裝尺寸和開模行程等。由于同一規格的注射機，生產廠家不同，技術規格也有所不同，所以設計時最好查閱注射機生產廠家提供的注射機使用說明書上標明 的技術規格。 制品的質量為： q=7.5g ，原材料是 PP，密度是： =0.9g/ 3cm , 型腔個數為 4，則最大的注射量： M分M 5.7430g 初選注射機為：震德塑料機械廠生產的 S 系列高速精密直壓注塑機型號為 CJH55S ，最大的注射量為 74.9g （ 1） 注塑機的主要的運行參數如表 2.1 表 2.1 注塑機的各種參數 中北大學分院學士畢業論文 10 鎖模系統 鎖模力 KN 550 導柱內距 mm*mm 365*365 開模行距 mm 410 模板最大距離 mm 620 容模量 mm 210 頂出行程 mm 130 頂出力 KN 34.3 射膠系統 射膠機構 231 螺絲直徑 mm 26 螺絲最大距離 26.2:1 理論注射容積 cm3 79.6 實際注射量 g 74.9 oz 2.6 射膠壓力 Mpa 289.9 螺絲行程 mm 150 螺絲轉速 r.p.m 365 注射速度 mm/s 173 動力 /電熱 油壓系統壓力 MPa 17.5 油泵馬達 kW 15 電熱量 kW 5.5 溫度控制區數 - 4 其他 油箱容量 lit 400 機械外形尺寸（ L*W*H） m 3.87*1.4*1.5 機重 kg 3240 （ 2） 注射機的模板尺寸如圖 2-2 圖 3-2 注射機的模板尺寸 中北大學分院學士畢業論文 11 第 2.2 節 注射機有關工藝 參數的校核 2.2.1 型腔數的校核 注塑機的最大的注塑量按國際慣例是指注塑在常溫下密度為 3/05.1 cmgS 的普通聚苯乙烯的對空注射量 SM ，實際的注射量 M 取機器的最大注塑量的 85% 實際注射量： SMM %85 , SM 為理論的最大的注射量 對于其它的非聚苯乙烯的塑料，其最大的注塑量為： SSMM 0 ， 33 /9.0,/05.1 cmgcmgS ， ggMMS57.5405.1 9.09.7485.0*%85 0 個276.75.757.54 qMn 4 個 （ 2.1） 所以，注射機的最大注射量是合格的，型腔個數的選擇也是可行的。 2.2.2 鎖模力的校核 選用注塑機的鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力，否則模具分型面會在注射壓力下分開而產生溢料。對于螺桿式注射機 壓力損失較小，所以型腔壓力較大。鎖模力和成型面積的關系由下式確定： 2SPP 腔鎖 (2.2) 式中 鎖P-鎖模力（ N）； 腔P-型腔壓力，一般為 40 50MP ，這里取腔P=50MP； 中北大學分院學士畢業論文 12 S-澆道、進料口和塑件的投影面積； 經過計算：制品的投影面積： 21 46.36 cmS 主流道的投影面積： 22 73.0 cmS 分流道的投影面積： 23 2.7 cmS 總面積： 2321 39.44 cmSSSS 所以，理論的需要的壓力： KNKNSPF 4.2211039.441050 46 腔 而實際注塑機的鎖模力為鎖P=550KN 因為， F鎖P ，所以注塑機的鎖模力是合格的。 2.2.3 開模行程的校核 注射機的開模行程是有限制的，取出制件所需要的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。因為我所選擇的注塑機是全液壓式鎖模機構，所以校核開模行程應按注塑機最大開模行程與模具厚度等有關數據進行校核。我設計的模具是單分型面的，所以校核的公式是： mmHHHSmk 10521 (2.3) kS 注塑機模板間的最大開距， mm mH 模具的厚度， mm H1 塑件脫模（推出距離）距離， mm H2 塑件高度，包括澆注系統在內， mm 根據裝配圖可以的到：mH=221.2mm， 1H 19.2mm， 222 H mm 所以 mmHHHm 4.262222.192.2211021 而注塑機的最大開距kS=480mm 所以注 塑機的開模行程是合格的。 第三章 方案論證 在塑件上凡是脫出方向和開模方向不同的側孔或側凹除少數淺側凹外，都需要進行側向抽芯或側向分型方能將塑件順利脫出。因此產品需要有一個長達 75mm 的側抽芯機構，采用何種側向分型抽芯機構是一個很重要的問題。 手動側向分型抽芯機構抽出機構操作不方便，工人勞動強度大，生產效率較低，中北大學分院學士畢業論文 13 抽拔力有限，這里不適合。 液壓（氣壓）側向分型抽芯機構的特點是抽拔距離長，抽拔力大，動作靈活，不受開模過程限制，常在大型注射模具中使用，但缺點是液壓或氣動裝置成本較高。 機動側抽芯機構雖然結 構比較復雜，但分型與抽芯無需手工操作，生產效率高，經濟性好，動作可靠，實用性強，其主要形式有：彈簧分型抽芯、斜銷分型抽芯、彎銷分型抽芯、斜滑塊分型抽芯、齒輪齒條抽芯等。為了提高經濟性，我們采用機動側向抽芯。 在這里，由于產品的特殊結構 彎管，所以毫無疑問地將采取彎銷分型抽芯。 第四章 澆注系統設計 第 4.1 節 概述 澆注系統設計是注射模具設計中最重要的問題之一。澆注系統是引導塑料熔體從注塑機噴嘴到模具型腔為止的一種完整的輸送通道。它具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件的質量具有決定性的影響。它的設計 合理與否，影響著模具的整體結構及其工藝操作的難易程度。澆注系統的作用是將塑料熔體順利地充滿模腔深處，以獲得外形輪廓清晰、內在質量優良的塑料制件。因此要求充模過程快而有序，壓力損失小熱量散失少，排氣條件好，澆注系統凝料易于制品分離或切除。一般澆注系統都由四個部分組成的：主流道，分流道，澆口，冷料井。 第 4.2 節 流道的設計 4.2.1、主流道和主流道襯套的設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體入口處，其形狀為圓錐型，便于塑料熔體按序順利地向前流動。主流道的尺寸直接影響熔體的流動 速度和充模時間，甚至影響塑件的內在的質量。本設計中主流道和主流道襯套的尺寸如圖： 圖 4-1 主流道襯套示意圖 中北大學分院學士畢業論文 14 主流道襯套的材料為 45#鋼，主流道內表面的粗糙度為 1.6，主流道襯套外表面的粗糙度為 0.8。 4.2.2、分流道的設計 分流道是主流道與澆口之間的通道。 （ 1） 分流道的截面形狀： 在本設計中采用的是 U 形斷面分流道，這種流道只切削加工在一個模板上，節省機械加工費用，且熱量損失和阻力損失均不大。其深度 h=5/4R。 （ 2） 分流道的截面尺寸如圖： 圖中： h=3.4mm ，角度選 10，B=5mm 圖 4-2 分流道的截面 第 4.3 節 澆口的設計 澆口直接與塑件相連，把塑料熔體引入型腔。澆口是澆注系統的關鍵的部位，澆口的形狀和尺寸對塑件質量影響很大，澆口在大多數情況下是整個斷面尺寸最小的部分，對充模流動起著控制作用，成型后制品和澆注系統從澆口處分離，因此其尺寸又中北大學分院學士畢業論文 15 影響后加工工作量的大小和塑件的外觀。 4.3.1、澆口形式的設計 根據本設計中產品的 外觀要求和模具的簡單兩板式結構，澆口形式采用潛伏式澆口形式，其優點是澆口便于機械加工，易于保證加工精度。澆口的示意圖和尺寸可見圖 4-3 圖 4-3 潛伏式澆口示意圖 第五章 分型面和排氣槽的設計 第 5.1 節 分型面設計 在注塑模中，用于取出塑件或澆注系統凝料的面，通稱為分型面。常見的取出塑件的主分行面，與開模方向垂直。分型面的選擇不僅關系到塑件的正常成型和脫模，而且涉及模具的結構與制造成本。在選擇分型面時，應遵守以下規則： （ 1）：分型 面應該選擇在塑件的最大的截面處； 中北大學分院學士畢業論文 16 （ 2）：盡可能地將塑件留在動模一側。因為在動模一側設置和制造脫模機構簡便易行； （ 3）：有利于保證塑件的尺寸精度； （ 4）：有利于保證塑件的外觀的質量； （ 5）：考慮滿足塑件的使用要求。注塑件在模塑過程中，有一些很難避免的工藝缺陷，如拔模斜度、分型面上飛邊及頂桿與澆口的痕跡等。在設計分型面時，應從使用角度避免這些工藝缺陷影響塑件的功能； （ 6）：盡量減少塑件在合模平面上的投影面積，以減少所需的鎖模力； （ 7）：長芯應置于開模方向； （ 8）：有利于 排氣，應有利于簡化模具。 考慮以上幾方面，我們將塑件投影面積最大的平面作為分型面，與開模方向垂直。采取動模邊側向分型，以使模具結構盡量簡單 這個模具的分型面，因此我選擇最大的橫截面上也就是選擇在制品的低部作為分型面，這樣的選擇既不影響制品的外觀，也不影響制品的脫模了。 第 5.2 節 排氣槽的設計 利用分型面排氣是最簡便的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關，排氣槽的尺寸以有利于排氣，但又不溢料為原則。在本設計中我所用的原材料是 PP，根據文獻 6：可得排氣槽的高度為： mmh 015.0 。 第六章 成型零件的設計 第 6.1 節 概述 成型零件主要包括凹模、型芯、鑲嵌件，各種成型桿與成型環。成型零件承受高溫高壓的塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在上萬次、甚至幾十萬次的注射周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質量及其穩定性，決定了塑料制品的相對質量。成型零件的結構設計，當然是以成型符合質量要求的塑料制品為前提，但必須考慮金屬零件的加工性及模具的制造成本。成型零件成本高于模架的價格，隨著型腔的復雜程度、精度等級和壽命要求的提 高而增加，型腔和型芯是用來直接成型零件的，其尺寸精度，公差大小關系到塑件的精度和表面粗糙度，精確度要求較高。 中北大學分院學士畢業論文 17 第 6.2 節 成型零件的結構設計 6.2.1 凹模的結構設計 凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其結構不同可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌組合式和四壁拼合式五種。整體式凹模由整塊加工而成，它的特點是牢固、不易變形，不會使塑件產生拼接痕。本模具形狀簡單、易制造加工，雖然局部形狀有點復雜，但可以采用加工中心、數控機床、仿形機床或電加工等特殊方法加工。今年來由于型腔加工新技術的發展和進步 ，許多過去必須組合加工的較復雜的凹模，現在也可以設計成整體式結構，所以這里采用這種結構。 凹模的結構如圖（ 6-1） 6.2.2 凸模的結構設計 型芯也有整體式和組合式之分，形狀比較復雜或形狀雖不復雜，但從節省貴重鋼材，減少加工工作量考慮多采用組合式型芯。固定板和型芯可分別采用不同的材料制造和熱處理，然后連成一體。當軸肩為圓形而成型部分為非回旋體時，為了防止型芯在固定板內轉動，需要在軸肩處用銷釘止轉。 對于形狀復雜的型芯，為了便于機械加工 ，其本身可做成拼合的形式。在這里，由于塑件結構的特殊性，可采取芯桿和頂套拼合的形式。同時，由于在制品的底部具有外圓牙螺紋，所以需要在頂套相應的部位進行加工。型芯的材料是 35SiMn 合金結構鋼，調質 220 260HBS。表面的粗糙度： mRa 8.0 。 凸模的結構如圖（ 6-2） 中北大學分院學士畢業論文 18 AAAA 第 6.3 節 成型零件工作尺寸計算 按平均收縮率計算成型尺寸比較簡便易行，是最常 用的計算方法，這里采用此方法。 PP 平均收縮率 %0.2SCP，塑件制造公差 4MT ，對應模具制造公差 10IT 。 (1)型腔徑向尺寸計算 2/ PPCP LL (47) P C PS C PP C PS C PP C PM C P LLLL 2 SCPPCPL 1 (48) 2/2/ mwM P CM LL 式中 ML 型腔（孔）的最小尺寸 w 型腔使用過程中允許的最大磨損量（取塑件總誤差的 1/6，一般在中北大學分院學士畢業論文 19 0.020.05mm之間） m 成型零件制造誤差（正值） PL 塑件（軸）的最大尺寸 塑件公差（負值） 出于修模考慮，對型腔徑向尺寸來說易修大，預留一負修模余量r,標上制造公差m得型腔徑向名義尺寸： ML= )2/2/(rmwM P CL +m 對于注塑模，型腔磨損量很小時，可用下式計算： ML= )(mMPCL +m (49) 塑件徑向尺寸 1PL =30mm，232.0301 PCPL =29.84mm； %21 84.291MCPL 30.45mm 模具型腔按 10IT 級精度制造，其制造偏差m=0.07mm， 1ML =(30.45-0.07)+0.07 =30.38+0.07mm 塑件徑向尺寸 2PL =60mm，2PCPL=60292.0=59.54； %21 54.592 MCPL=60.76mm 模具制造偏差m=0.16mm， 2ML =(60.76-0.16)+0.16 =60.59+0.16mm (2)型芯徑向尺寸計算 2/ PPCP LL ML = rmwM P CL 2/2/ 標上制造公差m得型芯徑向名義尺寸： ML = )2/2/( rmwM P CL - m 對于注塑模，型腔磨損量很小時修模余量也很小時可用下式計算： ML = )( mMPCL - m (410) 塑件尺寸 3PL =6mm， 3PCPL =6+232.0=6.16mm； %0.21 16.63 MCPL=6.29mm 模具制造偏差 m =0.084mm， 中北大學分院學士畢業論文 20 3ML (6.29+0.084)-0.084 =6.37-0.084 mm 塑件尺寸4PL=26mm，4PCPL=26+218.0=26.09mm； %0.21 09.264 MCPL=26.62mm 模具制造偏差m=0.048mm， 4ML (26.62+0.048)-0.048 =26.67-0.048 mm (3)型腔深度尺寸計算 2/ rmM C PM HH +m 若 取修模余量為 2/m，則型腔容易修淺 MCPM HH +m (411) 塑件尺寸 1PH =12mm， 1PCPH12218.0=11.91mm； %0.21 91.111 MCPH=12.15mm 模具制造偏差m=0.048mm， 型腔易修淺， 1MH 12.15+0.048mm。 (4)型芯高度尺寸的計算 2/rmM C PM HH -m 型芯容易修長 MCPM HH -m (412) 塑件尺寸 2PH =20mm， 2PCPH20292.0=19.54mm； %0.21 54.192 MCPH=19.94mm 模具制造偏差m=0.16mm， 型芯易修長， 2MH 19.94+0.16mm。 第 6.4 節 型腔的側壁厚的設計 凹模板和動模墊板是構成型腔的主要受力構件。型腔的壁厚計算以型腔內最大峰值壓力為依據，該壓力是在型腔完全充滿之后，在壓實的過程中產生的，采用的材料是碳鋼。這個設計中我采用是整體式圓形 型腔。 按剛度條件計算時， 計算壁厚的公式為： 中北大學分院學士畢業論文 21 11prEprErR （ 6.4） 其中 P-型腔的壓力（ MP）， E-彈性模量，碳鋼為 MP5101.2 r-內半徑（ mm） ,R-外半徑（ mm） , -泊松比，碳鋼取 0.25 查資料 3的表 18-4-1 可得 ：容許變 形量 mm05.0 又由前面的計算可得： r=30.38mm ，型腔壓力 P=50MP 所 以經過計算 可得： R=43.57mm 所以，厚度為： S=30.38 21.783=8.6mm 第七章 塑件抽芯機構和脫模機構的設計 第 7.1 節 概述 在塑件上凡是脫出方向與開模方向不同的側孔或側凹除少數可以強制脫出外，都 需要進行側向抽芯或側向分型方能將塑件順利脫出。 注塑模必須設有準確可靠的脫模機構，以便在每一個循環中將塑件從型腔內或型芯上自動地脫出模外，脫出塑件的機構稱 為脫模機構或推出機構。設計脫模機構一定要做到：結構優化、運行可靠，不影響塑件外觀，不造成塑件變形破壞， 讓塑件留在動模。 本設計中的制品帶有彎嘴和外螺紋。要求開模動作以一種弧形軌跡的方式進行抽芯，為此可設置以擺板和橫梁組成的擺框，由導板和滑銷實現的弧形抽芯機構。 帶有外螺紋的塑件，其脫模方式非旋轉脫出和旋轉脫出。對于非旋轉脫出，在脫模力作用下外螺紋塑件被強制壓縮，從而達到脫出的目的，因此其生產效率很高和可以簡化模具結構。由于本產品的外螺紋采用圓牙螺紋，且 pp 在高溫下具有較好的彈性，因此可采用強制推出的脫模方 式。 強制推出帶外螺紋的薄壁件時應先將主型芯抽出，以留出向內膨脹的空間，為此常需采用順序分型機構。 中北大學分院學士畢業論文 22 第 7.2節 抽芯機構設計 7.2.1 慨述 由前面的方案認證可知，本設計的抽芯機構采用彎銷抽芯機構。又由于制品的特殊結構，所以需要對常規彎銷抽芯機構進行更改，以便更好地完成弧形抽芯動作。 圖 7.2.1 彎銷抽芯機構 橫梁插銷 弧芯擺板滑銷軸銷 第八章 合模導向機構的設計 第 8.1 節 引言 塑料模閉合時為保證型腔形狀和尺寸的準 確性，應按一定的方向和位置合模，所以必須設有導向定位機構。導向機構主要有導向、定位和承受注塑時產生側壓力三個作用。動定模在開閉模時按導向機構的引導，使動定模按正確的方位閉合，避免凸模進入凹模時因方位搞錯而損壞模具或定位不準而互相碰傷，因此設在型芯周圍的導柱應比主型芯高出至少 6 8mm。同時導向機構在模具閉合后使型腔保持正確的形狀和所有由動定模構成的尺寸的精度。 第 8.2 節 導柱的設計要點 8.2.1、導柱的直徑和長度 導柱的直徑一般在 12 63mm 之間，而且導柱無論是固定段的直徑還是導向段的直徑的形位公 差與尺寸之間的關系應遵循包容原則。在本設計中，導向段和固定段的直徑是 15.6mm，安裝段的直徑為 18.2mm，導柱的總長度為 102.9 mm。 中北大學分院學士畢業論文 23 8.2.2、導柱的形狀 導柱的端部做成了錐形，錐形頭高度取與其相鄰圓柱直徑的 31 ，前端倒了角，使起能順利進入導向孔。 8.2.3、導柱的配合公差 安裝段與模板間采用過渡配合 H7/K6，導向段和導向孔間采用動配合 H7/f7。 8.2.4、粗糙度 固定段表面用 Ra0.8 m，導向段表面用 Ra0.4 m。 8.2.5、導柱的材料 導柱應具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的芯部，因此在本設計中所選導柱的材料為 20# 鋼，滲碳 0.5 0.8 ， 淬 硬 56 60HR 。 圖 8.2.1 導柱示意圖 第九章 模溫調節系統的設計 第 9.1 節 模具溫度設計原則 注塑模不僅是塑料熔體的成型設 備，而且還是熱交換器。模溫調節系統直接關系塑件的質量和生產效率，是注塑模設計的核心內容之一。高溫塑料熔體在模腔內凝固將釋放熱量，注塑模存在一個合適的模具溫度。模溫調節系統使整個成型型腔，在整個批量生產中保持這個合適的溫度。因此模溫系統的作用也是非常重要的。首先它對中北大學分院學士畢業論文 24 制品的質量的影響，模溫的波動及分布不均勻，和模溫的不適合這兩個方面會使塑料制品的質量變壞。模溫直接關系制品的成型收縮率，模溫的波動會使批量生產的制品尺寸不穩定，從而降低制品尺寸精度，甚至出現尺寸誤差過大而出現廢品。其次提高模溫能改善制品表面的粗糙度 ，使輪廓清晰，熔合縫不明顯。提高模溫有利于減小制品中殘余應力，有利于高粘度的熔體的充模流動，但是會延長冷卻時間和注塑周期，也會使脫模的溫度過高，是塑件在脫模中受到損傷。同是溫度調節系統也對生產效率也有影響。 冷卻時間在整個注塑周期中占 50% 80%的時間。在保證塑件的質量的前提下，限制和縮短冷卻時間是提高生產效率的關鍵。讓高溫熔體盡快的降溫固化，模溫調節系統應該有較高的冷卻效率。注入模具的塑料熔體所具有熱量，由模具傳導、對流和輻射散傳于大氣和注射機僅占 5% 30%，熱量大部分由冷水帶走了。縮短冷卻時間途徑有 三個方面：讓冷卻水處于流；：擴大模具與冷卻水的溫差；：增大冷卻介質的傳熱面積。 模具溫度設計： 模溫高低視塑料品種不同而定，它對制品結晶度，力學性能，表面質量，制品的內應力和翹曲變形有很大影響。特別是結晶型塑料。模具溫度是注塑結晶聚合物最重要的工藝參數，它決定了結晶條件。對于玻璃化溫度于室溫的聚合物來說，若在成型時未達到足夠的結晶度則在使用或儲存過程中將發生后結晶現象，制品的形狀和尺寸都將發生變化，因此應盡可能地使其結晶度達到平衡狀態。由于聚丙烯的玻璃化溫度較低，可選模溫為 40 80，這可使其結 晶的速度快而不致產生粗大的晶粒，可獲得較高的結晶度。 第 9.2 節 冷卻系統設計原則 為了提高冷卻效率，模具的冷卻系統可按下述原則進行設計： （ 1） 冷卻水孔間距越小，直徑越大，則對塑件冷卻越均勻； （ 2） 水孔與相鄰型腔表面距離相等，否則脫模后制品一側溫度高一側溫度低，在進一步冷卻時會發生翹曲變形； （ 3） 采用并流流向，加強澆口處的冷卻。 第 9.3 節 溫度調節系統的設計 PP 粘度低、流動性好，成型工藝要求模具溫度不太高。注射成型過程中，可把模具看成為熱交換器，塑料熔體凝固時釋放的熱量約有 5%以輻射、對流的方式散發中北大學分院學士畢業論文 25 到大 氣中，其余 95%由模具的冷卻介質帶走。模具的冷卻時間約占成型周期的2/34/5，因此，冷卻系統的設計是一個很重要的問題。 顯然，應在模具上開設盡可能大、數量盡可能多的冷卻水通道，以增大傳熱面積，縮短冷卻時間，達到提高效率的目的。 9.3.1 冷卻時間計算 塑件最厚部位斷面中心層溫度達到熱變形溫度以下所需時間簡化計算公式為 )()(4l n 22wswm TT TTkt (s) (426) 式中 塑件所需冷卻時間， s t 塑件厚度， mm k 塑料熱擴散率， m2/s mT 塑料熔體溫度， sT 塑料熱變形溫度， wT 模具溫度， 查表取 k =6.7 106m2/s，mT=200 ， sT =102 ，wT=40 )40102( )40200(4ln 107.6 104 862 33s 查表得到， PP 制件厚度 4mm，對應冷卻時間 33s，為了安全起見，以上數值僅供參考，確切值 在試模時確定。 制件的冷卻時間加上開模取件等輔助時間就是該塑件的成型周期，冷卻時間 t 通常占成型周期的 75% 即 stT 44333434 （ 4.27） 所以每小時注射的次數 81443600 n（次） 塑件的質量為 7.5g，所以每小時注射總量： KgG 5.25.7481 9.3.2 冷卻參數計算 (1)塑件每小時在模內釋放的熱量 iGQ (J) (428) 式中 G 單位時間內注入模具的塑料質量，這里約 12.5kg/h 中北大學分院學士畢業論文 26 i 塑料成型時在模具內釋放的熱焓量， J/kg Q =12.5 2.5 510 =3.125 610 J (2)冷卻水體積流量計算 )(60 21 ttC QV (429) 式中 V 冷卻水體積流量， m3/min C 冷卻水的比熱容， J/kgK 冷卻水的密度， kg/m3 1t 冷卻水出口溫度， 2t 冷卻水進口溫度， V =)2025(4 1 8 71060101 2 5.336 =2.94 10-3 m3/min (3)求冷卻水孔徑 根據體積流量，由表查找，取冷卻水孔徑 10d mm。 (4)求冷卻水在孔內的流速 v 6001.0 1094.24 23 =2.5 m/s (5)求冷卻水壁和冷卻水間的傳熱系數 2.08.0)(d v (430) 式中 與冷卻水溫度有關的物理系數，查表得到 25 時，水的 =7.95。 2.08.001.0 )5.2996(95.7 =11954W/m2 K (6)冷卻水孔總傳熱面積 A )(3600 TTQA w (431) 式中 T 冷卻水平均溫度，21 ttT ， )5.2240(5977360010125.3 6A =0.0098 m2 (7)求冷卻水孔總長 L )()(3600 8.0 TTvd QL w 24dVv 中北大學分院學士畢業論文 27 (432) =)5.2240()01.05.2996(95.7360010125.38.06 =0.63 m (8)求模具上應開的冷卻水孔數 n n =dlA (433) 式中 l 每根水孔的長度， m n =16.001.0 0098.0 2孔 (9)冷卻水流動狀態校核 當平均水溫為 22.5 時，由圖查得，水的運動粘度 61095.0 m2/s。 vdRe (434) =61095.001.025.1 =1.3 410 410 故冷卻水屬穩定湍流狀態，冷卻效果良好。 (10)冷卻水進出口溫差校核 vCdGtt i 221 900 (435) =25.110418701.0900 10375.7 326 =5 與原設定值一致。 9.3.3 冷卻回路設計 由前面計算得到冷卻孔數 4，孔徑 10mm。 取冷卻水孔中心線與型腔壁距離 14mm，冷卻通道之間中心距 30mm。 型腔較淺，可以采用最簡單的直通式冷卻水路，動、定模冷卻水路布置相同。 中北大學分院學士畢業論文 28 圖 9.3 冷卻水道分布簡圖 第十章 結 論 由于模具設計合理，各零件的精度在加工中都得到了充分的保證，裝配時，鉗工對重點部位進行把握，有效縮短模具的試制時間，為順利投產贏得時間。該模具的試制成 功可以為旋轉抽芯模具提供一個有益的范例，并為需長側抽芯的塑件生產提供一個經濟、合理的方法。 模具的工作過程：啟模時，滑銷在導板導槽內滑動，迫使擺板以軸銷為中心擺轉，橫梁獎弧芯抽出，由扭轉彈簧和定位銷定位，潛伏式澆口被拉料桿拉斷，主澆道杯拉出。模具完全開啟后，頂桿在頂板作用下，通過推板將制品外推。初始在螺紋的作用下，頂套隨之移動，芯桿被抽出，澆注系統從拉料桿滑脫，當頂套固定板觸及限位桿后，頂套停止移動，推板將制品完全脫出。 設計過程中理論設計和經驗設計相結合。模具結構合理、緊湊，動作可靠。是長側抽芯模具的一個典 型范例。 致 謝 指導老師 劉新民 敬愛的老師、親愛的同學： 大學四年的生活在彈指一揮間過去了，同學們由不成熟的小青年到現在成熟而且朝氣蓬勃的年青人，一步步都是在老師的精心呵護和細心的教育下走過的。說到這兒，也許每個同學的腦海里都浮現出了一段只屬于自己和老師的故事，有時會像父親的教導一樣嚴厲，有時會像慈母的關懷一樣溫暖。總之都是讓人難忘的，值得回味的故事。 首先，我要感謝的是我的母校 中北大學分院。我們是學院本專業的第二屆本中北大學分院學士畢業論文 29 科生，是學院的新的希望，因而上至學院的領導，下到各系的老師都對我 們寄予了厚望，并且花費了大量的精力來培養我們，使我們的身心都得到了全面的發展，綜合素質得到了全面的提高，這是我們能順利完成大學四年學業的一個重要因素。現在我們完成了學業，即將走上工作崗位，年青的我們祝愿母校能為國家培養出更多的合格人才，讓更多優秀的中華兒女投入到祖國的社會主義建設中去。 還有我要感謝這次畢業設計的指導老師劉新民老師。 劉新民 導師治學嚴謹，學識淵博，品德高尚，平易近人，在我學習期間不僅傳授了做學問的秘訣，還傳授了做人的準則。這些都將使我終生受益。無論是在論文的選題、資料查詢、開題階段，還是在 論文 研究和撰寫的每一個環節，無不得到導師的悉心指導和幫助。我愿借此機會向劉新民 導師表示衷心的感謝！同時，也對 李政中博士 的幫助和指導表示感謝！ 回顧 四 年學習期間的一千余個日日夜夜，自己為有機會擺脫工作的煩惱與浮躁，靜心鉆研，潛心研究，并取得初步研究成果而感到欣慰。欣慰之余，我要向關心和支持我學習的所有領導、同事和朋友們表示真摯的謝意！感謝他們對我的關心、關注和支持！ 中北大學分院學士畢業論文 30 參考文獻 1. 申開智主編 .塑料成型模具 . 2002.第二版 .北京 . 中國輕工業出版社 . 2. 齊曉杰主編 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It is a part of sprue bush, which is a separate part from the mold. Runner A runner is a channel that guides molten plastic into the cavity of a mold. Gate A gate is an entrance through which molten plastic enters the cavity. The sprue, the runner, and the gate will be discarded after a part is complete. However, the runner and the gate are important items that affect the quality or the cost of parts. 中北大學分院學士畢業論文 33 Gate The gate is categorized into restrictive gate, which narrows the entrance, and nonrestrictive gate, which does not narrow the entrance. The gate has the following functions: Restricts the flow and the direction of molten plastic. Simplifies cutting of a runner and moldings to simplify finishing of parts. Quickly cools and solidifies to avoid backflow after molten plastic has filled up in the cavity. Restrictive Gate A restrictive gate has a narrow entrance to the cavity to restrict the amount of molten plastic in order to improve filling in the cavity. The restrictive gate has the following characteristics. o Generates shear heat by going through the narrow gate, raising the temperature of molten plastic and improving the filling in the cavity. o Reduces residual stress, and thus reduces part defect such as warp. o As the cooling solidification time is shortened, molding cycle 中北大學分院學士畢業論文 34 is also shortened. o As the gate trace is less, it is possible to complete finishing process in a short time. The restrictive gate has the following types. Side Gate Submarine Gate (Tunnel Gate) The most common gate. Put to the side of parts. The gate trace will be left. Often used for the structure with more than two cavities. The gate will be automatically cut off during mold opening. The position is flexible (front, side, or back of parts). The gate needs to be thought about not to be left inside the cavity. Pin Point Gate Fan Gate Suitable for molding multiple parts. The position is relatively flexible. The structure is complicated due to 中北大學分院學士畢業論文 35 three plate method of die. Suitable for large and flat plate parts. Finishing is difficult and cost is high due to the wide gate. The gate trace will be left. Film Gate Valve Gate Suitable for thin plate parts. Finishing is difficult and cost is high due to the wide gate. The gate trace will be left. The valve of the gate opens the gate according to injection timing. Sprue and runner will not be discharged due to hot runner method. Put to either the front or the back surface of parts. Nonrestrictive Gate A nonrestrictive gate involves a method in which molten plastic fills up in the cavity directly from the sprue. The nonrestrictive gate has the following characteristics. o Reduces the loss of injecting pressure due to direct cavity filling from the sprue. o Less molding material because there is no runner . o The simple mold structure reduce the cost and produces a mold with less trouble. 中北大學分院學士畢業論文 36 o It is likely that residual stress is generated and parts have crack. The nonrestrictive gate has the following type. Direct Gate The sprue plays the role as gate. Put on the front or back side of parts. The gate trace will be left. Determining Gate Position Point 1 Set a gate position where molten plastic finished filling up in each cavity simultaneously. Same as multiple points gate. Point 2 Basically set a gate position to the thickest area of a part. This can avoid sink marks due to mold shrinkage . Point 3 Set a gate position to an unremarkable area of part or where finishing process can be easily done. Point 4 Avoid injecting from the direction where the air in the cavity or the gas generated from molten 中北大學分院學士畢業論文 37 plastic is inclined to accumulate. Point 5 Fill up molten plastic using the wall surface in order not to generate jetting. Lesson Two Boss The boss shape used to install a screw to parts. e.g. for a joint of a plastics model Cavity The gap generated where a part is molded in the mold. It sometimes refers to the concave part of the mold and usually is processed on the cavity plate. 中北大學分院學士畢業論文 38 Clamping Force / Closing Force Clamping force is put on a mold to keep the mold closed against the pressure of the injected molten plastics. Clamping begins with confirming clamp up of the mold after the mold closing process finishes and continues until clamping force reaches the official capacity. The maximum force to clamp a mold is used to specify a molding machine, and represents the size of a molding machine. Closing force is exerted from full mold opening to clamp up of the movable side of the mold to the fixed side. A mold is kept closed under low pressure until the completion to avoid damage to the mold. Closing force is usually divided into two steps: it uses low pressure in the early phase of closing and becomes higher immediately before the completion. The closing speed is divided into two levels, also, to avoid damaging a mold if the mold is closed rapidly. Also, if foreign matter is left inside the mold, clamping force can avoid damage to the mold. The process of closing and clamping is as follows: High speed closing Slow closing (Mold protection circuit starts) Clamping (pressure rising) 中北大學分院學士畢業論文 39 Clamping Time / Closing Time Clamping time refers to the time from when a mold is completely closed until when clamping force is pressurizing. Clamping time does not change on one molding machine. Closing time refers to the time from when a mold starts closing until when it is completely closed. Closing time varies depending on the movement amount or the shape (thickness) of a mold. A mold is closed at high speed at first, and then at low speed immediately before a slide core or an angular pin starts moving. Therefore, adjust closing time at the position where the speed changes or in the low speed zone. The shorter the closing time is, the shorter the molding cycle time can be； however, clamping must be done securely rather than shortening its time, because incomplete clamping will cause molding defects. Copolymerization The reaction in which more than two molecules of one chemical material are combined to be made into a new chemical material with several fold molecules. In other words, more than two materials are combined and react to make a material of properties different from those of the original. Clamps / Spacer The setup tools used to install cavity adaptor plate and core adaptor plate to the movable / fixed plates of the molding machine. The spacer functions as a bottom plate for setting a clamp, and the clamp holds down the cavity adaptor plate and the core adaptor plate with a bolt. 中北大學分院學士畢業論文 40 Crack A breaking on parts caused by inner stress, external shock, or environmental impact. Degassing Degassing is the process to release the water and air contained in a molding material, the gas generated during molding, and the air existing in the mold before molding. Molding large or thick parts without degassing may cause swelling or bubbles on the surface, aggravating the appearance. Degassing is usually done by making a ditch on the mold or using a hole on the ejector pin. In the figure below, the land is used to do degassing and air venting. 中北大學分院學士畢業論文 41 Draft Angle The gradient made on the cavity or the core to make removal of parts from the mold smoother. Draft angle normally requires 1 - 2 degrees, but it depends on the material and molding shape, or whether a texture process (the process to make the surface a little rough) is done. In injection molding, because molten plastics will shrink after molding,