《塑料模具设计》课程设计-圆桶注塑模设计.doc

课题名称 ：圆桶注塑模设计 姓名 ： xxx 系别 ： xxx 专业班级 ： xxx 指导教师 ： xxx 学年学期 ： 2011-2012.2 广州铁路职业技术学院广州铁路职业技术学院 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 2 - 塑料模具设计课程设计任务书 一、设计目的 训练学生综合运用所学知识，学会查阅塑料模具设计手册，能够对中等复杂制件设计塑料模具。 二、设计课题： 圆桶注塑模设计 根据图纸要求，完成制件的塑料模具设计（见图纸） 生产纲领：10100 万 三、时间 两周 四、设计流程（建议） 1、资料收集 二天 2、塑料工艺分析 半天 3、型腔布局、分型面、塑件尺寸计算 半天 4、模具草图绘制 二天 5、模具总装图绘制 二天 6、编写设计说明书 二天 五、需完成工作量 1、模具总装图一张；零件图 张（1:1，计算机绘图） 2、设计说明书一份（内容包括：制件分析，型腔布局流道设计，分型面设计，锁模力校核， 注射机选用，模架零件设计与选用，总结等） 完成日期： 2012 年 04 月 30 日 评 语： 评 分： 指导教师： 年 月 日 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 3 - 名称：圆桶 材料：改性塑料 ps 零件图 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 4 - 目目 录录 塑料模具设计塑料模具设计课程设计任务书课程设计任务书.- 2 - 零件图零件图.- 3 - 圆桶注塑模说明书圆桶注塑模说明书.- 5 - 一、塑料的工艺性设计一、塑料的工艺性设计 - 5 - (1)注塑模工艺.- 5 - (2)化学和物理特性.- 5 - (3)塑件的尺寸与公差.- 6 - 二、注射成型机的选择二、注射成型机的选择 - 6 - 三、型腔布局与分型面设计三、型腔布局与分型面设计.- 7 - (1)型腔数目的确定.- 7 - (2)型腔的布局.- 7 - (3)分型面的设计.- 8 - 四、浇注系统设计四、浇注系统设计- 9 - (1)主流道设计.- 9 - (2)主流道衬套的固定.- 10 - (3)分流道的设计.- 10 - (4)浇口的设计.- 12 - 五、成型零件的设计五、成型零件的设计 - 14 - (1)成型零件的结构设计.- 14 - (2)成型零件工作尺寸计算.- 16 - 六、合模导向机构的设计六、合模导向机构的设计.- 18 - (1)导柱的结构.- 19 - (2)导套的结构.- 20 - 七、脱模机构的设计七、脱模机构的设计 - 21 - (1)脱模机构设计的总体原则.- 21 - (2)推杆设计.- 21 - (3)推件板设计的要点.- 22 - (4)浇注系统凝料脱模机构.- 23 - 八、绘制模具总装图和非标零件工作图八、绘制模具总装图和非标零件工作图 - 23 - 九、设计总结九、设计总结- 26 - 参考资料参考资料- 27 - 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 5 - 圆桶注塑模说明书圆桶注塑模说明书 一、塑料的工艺性设计一、塑料的工艺性设计 (1)注塑模工艺 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。 熔化温度：220275，注意不要超过 275。 模具温度：4080，建议使用 50。结晶程度主要由模具温度决定。 注射压力：可大到 1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了 缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。 流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是 47mm。建议使用通体为圆形 的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是 11.5mm，但也可以使用小到 0.7mm 的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应 为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。ps 材料完全可以使用热流 道系统。 (2)化学和物理特性 ps 的化学稳定性良好，能耐碱、硫酸、磷酸、10%30%的盐酸、稀醋酸及其 他有机酸的腐蚀，但不耐硝酸及氧化剂的腐蚀，对水、乙醇、汽油、植物油及各种 盐溶液也有足够的耐腐蚀能力。但耐热性低，只能在不高的温度下使用，质地硬而 脆，塑件由于应力而易开裂。ps 的透明性很好，透光率很高，光学性能仅次于有 机玻璃；其着色能力优良，能染成各种鲜艳的色彩。为了提高 ps 的耐热性和降低 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 6 - 其脆性，常用改性 ps 和以 ps 为基体的共聚物，从而大大扩大了 ps 的用途。 (3)塑件的尺寸与公差 1、塑件的尺寸 塑件尺寸的大小受制于以下因素： a)取决于用户的使用要求。 b)受制于塑件的流动性。 c)受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。 2、塑件尺寸公差标准 a)影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料的收缩率及其波动。 b)塑件结构的复杂程度。 c)模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模 及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等） 。 d)成型工艺因素（模塑成型的温度 t、压力 p、时间 t 及取向、结晶、成 型后处理等） 。 e)成型设备的控制精度等。 其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。 题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取 mt5。 3、塑件的表面质量 塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工 艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。 模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低 1-2 级。 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 7 - 二、注射成型机的选择二、注射成型机的选择 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 计算塑件的体积：v=5535.78mm3（过程略） 计算塑件的重量：根据设计手册可查得改性聚苯乙烯的密度为 1.0510-3 kg/mm3 故塑件的重量为：w4*v * 4*5535.781.0510-3 4*5.8110-3 kg 23.24 g 采用一模四件的模具结构，考虑其外形尺寸、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 ls200m-30mi 型。 三、型腔布局与分型面设计三、型腔布局与分型面设计 (1)型腔数目的确定 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。 根据注射机的额定锁模力 f 的要求来确定型腔数目 n ，即 n 1 2 pa paf 式中 f注射机额定锁模力（n） p型腔内塑料熔体的平均压力（mpa） a1、a2分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2） 大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过 4 个，生产 中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模四腔。 (2)型腔的布局 考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 8 - 如下图所示： 图（1） (3)分型面的设计 分型面位置选择的总体原则，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具体可以从以下方面进行选择。 a)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 b)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 c)保证塑件的精度要求。 d)满足塑件的外观质量要求。 e)便于模具加工制造。 f)对成型面积的影响。 g)对排气效果的影响。 h)对侧向抽芯的影响。 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 9 - 图（2） 四、浇注系统设计四、浇注系统设计 (1)主流道设计 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续， 另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。 a)为了便于取出主流道凝料，主流道设计成圆锥形，锥角可取 24， 流道壁表面粗糙度取 ra=0.63m1.25m，且加工时应沿道轴向抛光。 b)主流道如端凹坑球面半径 r2 比注射机的、喷嘴球半径 r1 大 12 mm；球面凹坑深度 35mm；主流道始端入口直径 d 比注射机的喷嘴孔直径 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 10 - 大 0.51mm；一般 d=2.55mm。 c)主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径 r=13mm。 d)主流道长度 l 以小于 60mm 为佳，最长不宜超过 95mm。 e)主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用 t8a，热处理淬 火后硬度 5357hrc。 (2)主流道衬套的固定 因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是 标准件，外径为 150mm，内径 35mm。 (3)分流道的设计 a)分流道是脱浇板下水平的流道。为了便于加工及凝料脱模，分流道大 多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、u 形、半圆 形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体 的热量散发和流动阻力都不大，因此采用梯形。根据课本 97 页的表 6- 4 得：截面尺寸：a1=6mm，h=4mm，r=1.5mm,倾斜角 15。 如下图（5）所示： 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 11 - 图（3） b)分流道长度 分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原 料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的，总 长 40mm。 c)分流道表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料 熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度 ra 并不要求很低， 一般取 1.6m 左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷 却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体 流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。 d)分流道表面粗糙度 分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同 的布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺 寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。 本模具的流道布置形式采用平衡式, 如图(1)所示。 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 12 - (4)浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是 浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、 形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。 a) 浇口的选用 它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用点浇口： 浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形。 浇口的痕迹不明显，通常不必后加工。 浇口之压力损失大，必须高之射出压力。 浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。 它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中，也可用于单型腔 模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。 b) 浇口位置的选用 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，如图（4）所示。 通常要考虑以下几项原则： 尽量缩短流动距离。 浇口应开设在塑件壁厚最大处。 必须尽量减少熔接痕。 应有利于型腔中气体排出。 考虑分子定向影响。 避免产生喷射和蠕动。 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 注意对外观质量的影响。 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 13 - 图（4） c) 浇注系统的平衡 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量 保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构 允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状 及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口 尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。 显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长 度相等，形状及截面尺寸都相同。 d) 排气的设计 排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空 气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是远 离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。另外对于小型件或精密零 件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 14 - 外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎 样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未 留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。 适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以 及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产 成本，降低机器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修 模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。 五、成型零件的设计五、成型零件的设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶 块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、 料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形 状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有 较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的 总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型 零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作 尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。 (1)成型零件的结构设计 1、凹模结构设计 凹模是成型产品外形的主要部件。 其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化。 镶拼的组合方式的优点： 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 15 - 对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用组合式 的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整 体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排 气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具 的维修，避免整体的凹模报废。 组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理 和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。 图（5） 2、型芯结构设计 整体嵌入式型芯，适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。最常用的 嵌入装配方法是台肩垫板式，其他装配方法还有通孔螺钉联接式，沉孔螺钉 联接式。 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 16 - 图（6） (2)成型零件工作尺寸计算 所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸， 其直接对应塑件的形状与尺寸。鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑 件本身精度也难以达到高精度，为了计算简便，规定： 塑件的公差 塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“” ，制品 叫做腔尺寸公差取正值“” ，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则 应按以上规定进行转换。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即 取。 2 模具制造公差 实践证明，模具制造公差可取塑件公差的，即 z=，而且 5 1 3 1 ) 3 1 5 1 ( 按成型加工过程中的增减趋向取“+” 、 “-”符号，型腔尺寸不断增大，则取 “+z”,型芯尺寸不断减小则取“-z” ，中心距尺寸取“” 。现取。 2 z 5 1 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 17 - 模具的磨损量 实践证明，对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的，对于 6 1 大型塑件则取以下。另外对于型腔底面（或型芯端面） ，因为脱模方向垂直， 6 故磨损量 c=0。 塑件的收缩率 塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算。 =1.5% 2 minmaxss s 模具在分型面上的合模间隙 由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在 着一定的间隙。一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产 生的飞边也小。飞边厚度一般应小于是 0.020.1mm。 图（7） 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 18 - 1 型腔内形尺寸： lm= z z s sl 0 22 )1 ( = 128 . 0 0 2 128 . 0 2 64 . 0 %)5 . 11 (47 =47.321 128 . 0 0 2 型芯外形尺寸： dm= 0 s 22 )1 (d z z s = 0 128 . 0 2 128. 0 2 64 . 0 %)5 . 11 (44 =45.044 0 128 . 0 3 型腔深度尺寸： hm= z z sh 0 22 )1 ( = 088 . 0 0 2 088 . 0 2 44 . 0 %)5 . 11 (21 = 088 . 0 0 051.21 4 型芯高度尺寸： m= h 0 22 )1 ( z z sh = 0 088 . 0 2 088 . 0 2 44 . 0 %)5 . 11 (5 .19 =20.0565 0 088 . 0 六、合模导向机构的设计六、合模导向机构的设计 导柱导向机构设计要点： 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 19 - 小型模具一般只设置两根导柱，当其元合模方位要求，采用等径且对称 布置的方法，若有合模方位要求时，则应采取等径不对称布置，或不等 径对称布置的形式。大中型模具常设置三个或四个导柱，采取等径不对 称布置，或不等径对称布置的形式。 直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具；型带头导套主要应用于 复杂模具或大、中型模具的动定模导向中；型带头导套主要应用于推 出机构的导向中。 导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位；导柱中心到模板边 缘的距离 一般取导柱固定端的直径的 11.5 倍；其设置位置可参见标 准模架系列。 导柱常固定在方便脱模取件的模具部分；但针对某些特殊的要求，如塑 件在动模侧依靠推件板脱模，为了对推件板起到导向与支承作用，而在 动模侧设置导柱。 为了确保合模的分型面良好贴合，导柱与导套在分型面处应设置承屑槽； 一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角， 导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出 68mm，以确保其导向作 用。 应确保各导柱、导套及导向孔的轴线平行，以及同轴度要求，否则将影 响合模的准确性，甚至损坏导向零件。 导柱工作部分的配合精度采用 h7/f7（低精度时可采用 h8/f8 或 h9/f9） ； 导柱固定部分的配合精度采用 h7/k6（或 h7/m6） 。导套与安装之间一般 用 h7/m6 的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出。 对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导 向孔配合。通常导向孔应做志通孔；如果型腔板特厚，导向孔做成盲孔 时，则应在盲孔侧壁增设通气孔，或在导柱柱身、导向孔开口端磨出排 气槽；导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来 取，长度超出部分应扩径以缩短滑配面。 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 20 - (1)导柱的结构 带头导柱如图（8）所示： 图（8） (2)导套的结构 带头导套如图（9）所示： 图（9） 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 21 - 七、脱模机构的设计七、脱模机构的设计 (1)脱模机构设计的总体原则 a)要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧， 从而简化模具结构。 b)正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理 的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力 作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度 最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形 或损坏。 c)推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良 好的塑件外观。 d)推出机构应结构简单，动作可靠（即：推出到位、能正确复位且不与其他 零件相干涉，有足够的强度与刚度） ，远动灵活，制造及维修方便。 (2)推杆设计 1、推杆的形状 如图(10)所示 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 22 - 图（10） 2、推杆的位置与布局 a)应设在脱模阻力大的部位，均匀布置。 b)应保证塑件被推出时受力均匀，推出平衡，不变形；当塑件各处脱模阻 力相同时，则均匀布置；若某个部位脱模阻力特大，则该处应增加推数 目。 c)推杆应尽可能设在塑件厚壁、凸缘、加强等塑件强度、刚度较大处；当 结构特殊，需要推在薄壁处时，可采用盘状推杆以增大接触面积。 d)推杆的设置不应影响凸模强度与寿命。当推在端面则距型芯侧壁 10.13mm；当推杆设置在型芯内部推在塑件内部时，推杆孔距型芯 侧壁 23mm。 e)在模内排气困难的部位应设置推杆，以利于用配合间隙排气。 f)若塑件上不允许有推杆痕迹时，可在塑件外侧设置溢料槽，从而靠推杆 推在溢料槽内的凝料上而带塑件。 (3)推件板设计的要点 a)推件板与型芯应呈 310的推面配合，以减少远动摩擦，并起辅助定 广州铁路职业技术学院塑料模具课程设计说明书 - 23 - 位以防止推件板偏心而溢料；推件板与型芯侧壁之间应有 0.200.25mm 的 间隙，以防止两者间的擦伤而或卡死，推件板与型芯间的配合间隙以不产 生塑料溢料为准，塑料的最大溢料间隙可查表，推件板与型芯相配合的表 面粗糙度可以取 ra0.80.4m。 b)推件板可用经调质处理的 45 钢制造，对要求比较高的模具，也可以采用 t8 或 t10 等材料，并淬硬到 5355hrc，有时也可以在推件板上镶淬火 衬套以延长寿命。 c)当用推件板脱出元通孔的大型深腔壳体类塑件时，应在型芯上增设一个进 气装置，以避免塑件脱模时