塑料叉塑料模具设计_课程论文.doc

课 程 设 计塑料叉塑料模设计目录1.序言21.1模具工业在经济中的地位21.2本次课程设计的目的和意义22.设计过程22.1 . 塑件成型工艺分析21.塑件的使用要求22.塑件的材料分析33. 塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析32.2成型设备选择与模塑工艺参数的编制42.3模具结构方案决定71.分型面的选择72. 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式73. 浇注系统与排气系统设计82.脱模力的计算11该塑件可以看成是矩形，根据115. 模具加热与冷却方式126. 型芯和型腔结构的确定147. 标准模架的选择142.4注射模设计的主要尺寸计算141.凹模长度尺寸的计算：142.型芯的尺寸152.5注射机有关参数的校核161.注射量的校核162.注射压力的校核173.合模力校核174.安装部分相关尺寸的校核173.总结184.参考文献181.序言1.1模具工业在经济中的地位模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位1.2本次课程设计的目的和意义们课程的重要教学实践内容。主要通过实践加强对课程的理解，使学生333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333333本课程设计是机械设计制造与自动化专业的模具专业课程的重要教学实践内容。主要通过实践加强对课程的理解，使我们在了解材料的基本知识基础上掌握材料成形工艺，理解金属、塑料等制品成型加工工艺，掌握一般模具的基本结构及其设计方法，并能进行设计，为专业学习和工作奠定扎实的专业基础。2.设计过程2.1 . 塑件成型工艺分析1.塑件的使用要求 该塑料叉作为日常用品它的强度要求不是很大，有一定的强度和硬度就可以满足用户的使用要求了，同时要具备安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的要求2.塑件的材料分析 根据对该塑件的使用要求分析和该塑件的要求，可以选择使用pp（聚丙烯）作为原材料。聚丙烯的成型特性：1.结晶性料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属接触易发生分解2.流动性极好，溢边值0.03mm左右3.冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢4.成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强5.注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90以上时易发生翘曲、变形6.塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中而且作为一次性用品应该对环境的破环不是那么大，聚丙烯就具有对环境不是那么的有害，她具有在光氧作用下易分解老化的性能比聚乙烯好，且成形性比较好所以选择聚丙烯比较好。3. 塑件的尺寸精度、塑件表面质量、塑件的结构工艺性分析 3.1塑件的尺寸精度分析塑件的尺寸要求并不严格，各尺寸均为自由尺寸，故选取低的精度等级就能满足日常的使用要求，根据gb/t 144861993，按mt3级塑料件精度来确定各尺寸的公差值3.2塑件的表面质量分析 作为一次性塑料叉塑件外表面应无尖锐的毛刺、斑点和明显的熔接痕，塑件表面的粗糙度取ra0.8，相应地用于成型塑件表面的模具型腔表面粗糙度定为ra=0.4。3.3 塑件的结构工艺性分析 该塑料叉的材料为聚丙烯且塑件的总体面积不是很大根据分析得壁厚取为1.65mm，其外形结构简单，模具的结构也比较简单。2.2成型设备选择与模塑工艺参数的编制1. 塑件的体积和重量v=3.03103mm3=3.03cm3取pp材料的密度，于是可算得单个塑件质量为m=0.93.03=2.727g2.型腔数量的确定考虑到该塑件为一般日常一次性用品，需求量大，而且产品的形状简单，模腔布置方便，尺寸精度要求又低，因此确定为大批量生产，模具应采用一模多腔的结构，同时兼顾模具的制造成本，模具整体外形尺寸的大小关系（在满足要求的前提下，尽量减少外形尺寸），模具零件加工的难易程度，现决定选用一模4腔的模具结构形式。3.浇注系统凝料的估算浇注系统的凝料体积，可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。同时考虑到模具只有一模4腔，其流道会比较简单，长度也比较短，浇注系统中的凝料是很少的，现采用按塑件体积的0.5倍来进行浇注系统凝料体积的估算，所以对于确定的一模两腔，注塑机一次注入模具型腔的注射量为：v总=3.031+0.54=18.18cm34.注塑机的选用及技术参数根据估算出的一次注入模具型腔塑料总体积，再按照注射机的每次注射量应小于或等于其公称注射量的80%估算，于是有v公v总0.8=18.180.8=22.725cm3所以选定公称注射量为30cm3，型号为xs-z-30螺杆式注射机，其主要参数如下： xs-z-30注射机主要技术参数标称注射量/cm3 30螺杆直径/mm 28 注射压力/mpa 119注射行程/mm 130螺杆转速/（r/min） 注射时间/s 0.7注射方式 柱塞式合模力/n 2.5105最大成型面积/cm2 90模板最大行程/mm 160模板最大厚度 180模板最小厚度 60模板尺寸 250280拉杆空间mm 235合模方式 液压机械推出形式两侧推出时中心距 170电动机功率 5.5喷嘴孔半径 4定位圈尺寸 63.5机器外形尺寸/m 2.340.81.46 喷嘴球半径 125.成型工艺参数试模时，可根据实际情况进行必要调整。要保证塑件质量合格及稳定所必须的条件是准确而稳定的工艺参数，在调整工艺参数时原则上应按压力 时间 温度的顺序来调机，不应该同时变动两个或以上参数，防止工艺条件紊乱造成塑件质量不稳定 pp塑料的注射成型工艺参数工艺参数规格预热和干燥温度/80100预热和干燥时间/h34料筒温度（后段）/160180料筒温度（中段）/180200料筒温度（前段）/200230喷嘴温度/180190结构直通式注射压力/mpa70120螺杆转速r/min3060模具温度/4080成型时间/s注射时间05保压时间2060冷却时间1550成型周期401202.3模具结构方案决定1.分型面的选择该塑件形状简单，根据分型面的选择要求，现选取三角衣架的分型面位置如下图中的aa处，这样塑件表面的成型质量会较好，也便与模具的加工 分型面的设置2. 型腔数量的最后确定及型腔的排列形式参照经验数据，多腔模各型腔间距不小于25mm，同时模具结构中，凹模模腔是直接在定模固定板上加工而成（即为整体式），这种形式，模具的刚度是很容易满足的，所以型腔的距离也可以适当取小些，以便使熔料能更快充满型腔，防止流道冷料。综合考虑，现确定两型腔距离为25mm。模腔的排布和间距如下图所示3. 浇注系统与排气系统设计主流道是连接喷嘴与分流道入口处之间的一段通道。其尺寸大小与塑料流速和充模时间的长短密切相关，若太大，则造成回收冷料过多，冷却时间也会增长，而且容易产生涡流，使塑件质量下降；若流径太小，热量损失增大，流动性降低，注射压力增大，造成成型困难，而且塑件容易出现飞边 3.1.主流道的设计1.主流道尺寸的确定： 主流道长度：根据主流道设计要点和对模具尺寸估算，现初取l=45mm进行设计。 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（4+0.5）mm=4.5mm。 主流道球面半径：sr=注射机喷嘴球半径+（12）mm=（12+2）=14mm。 主流道锥角：取。 主流道大端直径：。 半球形凹坑深度：取h=5mm2.主流道的凝料体积 3.主流道当量半径 4. 主流道浇口套形式材料选用t10a，热处理淬火表面硬度为50hrc55hrc。同时为了防止转，浇口套采用螺钉固定结构3.2分流道的设计（1）分流道的布置形式本设计中，根据型腔的排列形式，须要二级分流道才能满足要求。同时根据塑件形状，浇口要开设在定模一侧，所以为了加工方便分流道也设置在定模一侧。（2）分流道的长度根据型腔的布置形式及型腔间的距离，可确定一级单边分流道长度为，（3）分流道的当量直径 同时，根据经验数据，pp材料的圆形截面分流道直径为510mm，所以比较符合。（4）分流道的截面形状为了方便加工和凝料脱模，分流道需设计在分型面上并在定模一侧。因分流道很长，现选圆形流道，表面粗糙度取。（5）分流道的凝料体积 （6）剪切速率校核 计算分流道体积流量： 剪切速率：由计算知，该分流道的剪切速率都处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。3.3浇口的设计1）浇口尺寸的确定估算侧浇口深度 通过查手册可以得到侧浇口的深度计算公式，再根据塑件厚度t=1.65mm， 现取h=1.2mm。侧浇口宽度 由侧浇口的宽度计算公式可得： 取b为2mm侧浇口长度 侧浇口长度一般在0.72mm之间，在这里取。（2）侧浇口剪切速率的校核浇口当量半径 根据截面面积相等有： ，即计算浇口的体积流量 剪切速率计算 由计算结果知，该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 之间，所以，浇口的剪切速率校核合格，浇口尺寸理论上符合要求 （3）主流道剪切速率校核通过上面已经确定了分流道尺寸，所以浇注系统的体积也已经确定，因而，主流道的剪切速率就可以校核了。 主流道的体积流量 主流道剪切速率 由结果知，求得的主流道熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，主流道的剪切速率也符合要求，尺寸确定合理。4. 推出方式的选择与设计1.退出方式的选择推杆推板脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。本设计采用推杆推板机构实现塑件脱模。因为该塑件的分型面简单，有一定壁厚，结构也不复杂，采用推杆推出的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便2.脱模力的计算该塑件可以看成是矩形，根据所以此时塑件称为薄壁塑件5. 模具加热与冷却方式1.冷却介质的选择pp聚丙烯成型温度为160260，模具温度为4060，所以模具初选温度为50度，用温水对模具进行冷却2.冷却系统的简单计算塑料制品的体积 塑料制品的质量 件的壁厚为1.65mm，查表可以确定其冷却时间，通过所选注射机注射量查表确定注射时间，取脱模时间。因此，注射周期，取为20s由此得每小时注射的次数：n=(3600/20)次=180次。单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量查表知pp的单位热流量的值为。3）计算冷却水的体积流量设冷却水道入水温度为，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得：4）确定冷水路的直径d根据，通过查表可确定模具冷去水孔直径为12mm。5）冷却水在管内的流速6）求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h因为平均水温为24.5,查表可得（按插值法确定）,则有：7）)计算冷却水通道的导热总面积a8）计算模具所需冷却水管的总长度l9）冷却水路的根数 设每条水路的长度为200mm，则冷却水路的根数为：分析可知，计算结果显然不符合实际，实际当中，水路的布置往往受模具结构和塑件形状的影响。为使凹模和型芯能得到充分冷却，需要根据两模腔的实际布置情况来加以修改。6. 型芯和型腔结构的确定1.凹模的结构设计为了加工方便，简化加工工艺，和避免塑件上可能产生的拼接痕迹，型腔将直接在定模固定板上加工而成，即凹模做成整体式的结构。2. 凸模的结构设计 通过对塑件的结构分析可知，该结构比较简单，通过对其进行加工工艺分析得，采用组合式比较合理 7. 标准模架的选择1.模架的选择根据已经确定型腔数目和布置形式，确定塑件在分型面上所占的宽和长（）大约为62mm280mm， 模架的选择采用经验公式估算，规格为4号wl=180315mm，模架结构为a3型。2 .各模板尺寸的确定2.1 a板尺寸： a板为定模固定板，考虑到该处的强度和在模板上还要开设冷却水道，故根据标准值取a板厚度为20mm。2.2 b板尺寸：b板为动模固定板，根据标准值取为20mm。2.3 c板尺寸：c板高度尺寸可按：垫块=推出行程+推杆固定板厚度+推板厚度+（5-10）mm=2+20+16+（5-10）mm=(43-48)mm,初步选定c为45mm。所以所选的模具外形尺寸为：宽长高=180mm315mm155mm2.4注射模设计的主要尺寸计算1.凹模长度尺寸的计算：柄长l1=800.26=80.26-0.520，叉长l2=400.18=40.18-0.360，叉斜弯部分的半径l3=120.12=12.12-0.240 ，宽l4=180.12=18.12-0.240lm1=1+scpls-x+z=1+0.01580.26-0.60.520+0.086=81.150+0.086lm2=1+scpls-x+z=1+0.01540.18-0.60.360+0.06=40.560+0.06lm3=1+scpls-x+z=1+0.01512.12-0.60.120+0.04=12.220+0.04lm4=1+scpls-x+z=1+0.01518.12-0.60.120+0.04=18.310+0.04塑件之间的距离l5=440.32，l6=930.6lm5=1+scplsz2=1+0.015440.162=44.660.08lm6=1+scplsz2=(1+0.015)930.3294.390.15深度尺寸hs=1.650.06=1.71-0.120hms=1+scphs-x+z=1+0.0151.71-0.60.120+0.04=1.660+0.042.型芯的尺寸柄长l1=800.26=79.740+0.52，叉长l2=400.18=39.820+0.36，叉斜弯部分的半径l3=120.12=11.880+0.24 ，宽l4=180.12=17.880+0.24lm1=1+scpls+x-z =1+0.01579.74+0.60.52-0.0830=81.24-0.0830lm2=1+scpls+x-z =1+0.01539.82+0.60.36-0.060=40.56-0.060lm3=1+scpls+x-z =1+0.01511.88+0.60.24-0.040=12.20-0.040lm4=1+scpls+x-z =1+0.01517.88+0.60.24-0.060=18.29-0.060塑件之间的距离l5=440.32，l6=930.6lm5=1+scplsz2=1+0.015440.162=44.660.08lm6=1+scplsz2=1+0.015930.32=94.390.15型心的高度深度尺寸hs=1.650.06=1.590+0.12hms=1+scphs-x-z=1+0.0151.59+0.60.12-0.040=1.68-0.0402.5注射机有关参数的校核1.注射量的校核通过上面的计算，浇注系统的尺寸已经确定，现在就可以对注射量进行校核，塑件连同浇注系统的实际总体积。显然。校核合格。2.注射压力的校核查有关模具设计手册可知，pp成型厚壁塑件时所需的注射压力为70100mpa，这里取所选的注射机的公称注射压力为119mpa，注射压力安全系数k=1.251.4，现取k=1.25，所以有：，故注射机压力满足要求。3.合模力校核1.单个塑件在分型面的投影面积为2.流道凝料在分型面上的的投影面积，根据流道定出的尺寸有。3.塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积，有：4.模具型腔内的胀型力该注射机的公