圆盖形注塑成型模具课程设计.doc

武汉理工大学工装、模具设计课程设计说明书目录1 塑件成型工艺分析 1 1.1塑件分析1 1.2聚丙烯的性能分析1 1.3 PP的注射成型过程及工艺参数22 拟定模具的机构形式.3 2.1分型面位置的确定3 2.2型腔数量和排列方式的确定.3 2.3 注射机型号的确定43 浇注系统的设计.5 3.1主流道的设计5 3.2 浇口的设计.6 3.3 校核主流道的剪切速率.6 3.4冷料穴的设计及计算.7 4 成型零件的结构设计及计算 .8 4.1成型零件的结构设计8 4.2成型两件钢材的选用8 4.3成型零件工作尺寸的计算8 4.4 成型零件尺寸及动模板垫板厚度的计算95 模架的确定.10 5.1各模板尺寸的确定10 5.2模架各尺寸的校核10 5.3排气槽的设计.106 脱模推出机构的设计.11 6.1推出方式的确定11 6.2脱模力的计算11 6.3校核推出机构作用在塑件上的单位压应力.11 6.4推杆直径的计算.117 冷却系统的设计.12 7.1各模板尺寸的确定.12 7.2冷却系统的简单计算138 导向与定位结构的设计.149 小结.14 装配图和零件图.15 参考文献.15 1 塑件成型工艺性分析 1.1 塑件分析 （1) 外形尺寸 该塑件壁厚为2mm,塑件壁厚不大，适合于注射成型。 （2）精度等级 根据零件所标注选取，未标注尺寸公差为自由尺寸，可按MT6等级精度查取公差。 基本尺寸 偏差 120 1.00 250 1.75 20 0.31 15 0.27 246 1.60 30 0.40 10 0.23 （3) 塑件表面质量分析 该零件外形与内形都没有较高的表面粗糙度要求 （4）脱模斜度 PP属于结晶性聚合物，成型收缩率较大，而外形要求精度较高，综合考虑并查表选择凹模斜度为40，凸模斜度为35。 1.2 聚丙烯的性能分析 （1）使用性能 无毒、无味，容易加工成型，综合性能优良，化学稳定性好，良好的耐热性，优良的力学性能，具有良好的电性能和高频绝缘性且不受湿度影响，但在低温时变脆，不耐热、易老化。适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘材料。 （2) 成型性能 聚丙烯属于结晶性材料，吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触会分解，流动性好，但收缩率偏大，易发生缩孔、凹痕、变形、冷却速度快、浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，料温低方向性明显，低温高压时尤其显著。模具温度低于50度时塑件不光滑，易产生熔接不良，留痕，90度以上易发生翘曲变形。 （3) PP的性能指标密度/gcm-30.9-0.91屈服强度/MPa37比体积/cm3g-11.10-1.11拉伸强度/MPa35-40吸水率（%）0.01-0.03拉伸弹性模量/MPa1.1103-1.6103熔点/164-170抗弯强度/MPa67计算收缩率（%）1-3抗压强度/MPa56比热容/J(kg-1）1930弯曲弹性模量/MPa1.45103 1.3 PP的注射成型过程及工艺参数 （1) 注射成型过程准备 1） 成型前的准备 对PP的色泽、粒度和均匀度等进行检验，料筒清洗，由于PP着色性不好，特别要注意色泽检验。 2） 注射过程 塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 3） 塑件的后处理 放在100-120的热水中进行调湿处理。 (2) 注射工艺参数 1） 注射机：螺杆式，螺杆转数为30r/min 2） 料筒温度（）：后段160-180 中段180-200 前段 200-230 3） 喷嘴温度（):180-190 4） 模具温度（）：40-80 5） 注射压力（MPa)：70-120 6） 成型时间（s)：48s（注射时间3s,冷却时间35s,辅助时间10s）。2 拟定模具的机构形式 2.1 分型面位置的确定 塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则： （1）分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。 （2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。 （3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑。不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。该塑件为外壳，外形表面质量要求较高。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质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图所示。 2.2 型腔数量和排列方式的确定 （1）型腔数量的确定 该塑件需求高精度尺寸不多，而且整体尺寸大，零件结构较简单，可采用一模一腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本等因素，初步定为一模一腔结构形式。 （2）模具结构形式的确定 从上面分析可知，本模具设计为一模一腔，根据塑件结构形式，推出机构拟采用脱模板推出形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用点浇口，且开设在分型面上。因此，定模单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板和脱模板。由上综合分析可确定选用带脱模板的双分型面注射模。 2.3 注射机型号的确定 （1）注射量的计算 塑件体积:R=125 r=124 d=15 D=250 (单位：)Vg=(R-r）h+(d/2)102+(D/2)2=102.061塑件质量：M塑=V=0.9102.061=91.85g=91.9g（取0.90g/cm3) （2）浇注系统凝料体积初步计算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍来计算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料体积按塑件体积的0.2倍来估算，根据资料2中公式，故： V总=V塑（1+0.2）=102.0611.2=122.47 （3）选择注射机 计算注射机的公称注射量：公称注射量=V总/0.8=122.47/0.8=153.088，根据计算，初步选定公称注射量为500cm3，注射机型号为SZ-500/2000卧式注射机，其主要技术参数如下表所示：注射机主要技术参数理论注射量/cm3525移模行程/mm450螺杆直径/mm52最大模具厚度/mm450注射压力/MPa153最小模具厚度/mm280注射速率/(g/s)200锁模形式双曲肘塑化能力/(g/s)28模具定位孔直径/mm160螺杆转速(r/min)0-200喷嘴球半径/mm15锁模力/kN1000拉杆内间距/mm460460（4）注射机的相关参数的校核 1) 注射压力校核 查表知，PP所需注射压力为70-120MPa,由于该塑件壁厚较薄，这里取P0=100MPa，注射压力安全系数k1=1.25-1.4，这里取k1=1.3，则，所以，注射机压力合格。 2） 锁模力校核 塑件在分型面上的投影面积A塑， 则A塑=(D/2)-(d/2)=3.14(125-10)=48673.22 浇注系统在分型面上的投影面积A浇 ，可以按照一型腔模的统计分析来确定，A浇是每个塑件在分型面上额投影面积A塑的0.2-0.5倍，由于该塑件流道设计简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以取小些，取A浇=0.2A塑 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积 A总=n(A塑+A浇)=n(A塑+0.2A塑)=1.2A塑=1.248673=58407.6 模具型腔内胀型力F胀 P模是模具型腔内的压力，通常去注射压力20%-40%，大致为25-40MPa，PP属于较低粘度材料，而且该塑件壁厚较厚，有精度要求，综合考虑P模取30MPa。则： F胀=A总P模=58407.628=1635412.8N=1635.4KN 该注射机的公称锁模力F锁=1000kN，锁模力的安全系数为k2=1.1-1.2，这里取k2=1.2，则 k2F胀=1.21635.4=1962.5KNF锁 ，因此注射机锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等模架选定，结构尺寸确定后方可进行。3 浇注系统的设计 3.1 主流道的设计主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。采用带直流道点浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高硬度。根据资料3中的公式计算。 （1）主流道的尺寸 1）主流道长度：主流道的长度应尽量60mm，这里取40mm。 2）主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5-1）mm=4+0.5=4.5mm 3）主流道大端直径：（这里取2） 4）主流道球面半径： 5）球面的配合高度：h=3mm （2）主流道的凝料体积 V主=(/3)L主（R主+r主+R主r主）=3.14/350(4+2.25+42.25) =1573.3=1.57 （3）主流道的当量半径 Rn=(4+2.25)/2=3.125 （4）主流道浇口套与定位圈的形式 定位圈与浇口套分开设计，如图3.1所示 图3.1 3.2 浇口的设计 浇口位置的选择：浇口位置应使填充型腔的流程最短。这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。浇口设置应有利于排气和补塑。浇口位置的选择要避免塑件变形。采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的，考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离，所以选取用点绕口 （1）点浇口尺寸的确定 出口端直径：D=（4V/k） 在资料3中查表可得材料为PP 的k值取4（V为主流道熔体体积（），一般点浇口的直径d=(0.8-1.6),D=(441.57/)=0.707=7.1引导锥的长度L1取（15-25）。点浇口直径d=(0.05-0.08)4(tA)=2 R浇=1 点浇口圆柱孔长度约为（0.05-2） 在点浇口与塑件连接处可采用6090，高约为0.5的锥面过度。 （2）点浇口剪切速率的校核 1）计算浇口的当量半径 R浇=1 2）确定注射时间 查表t=2.5s 3）计算浇口的体积流量 q浇=V塑/t=102.061/2.5=40.82/s=4.082104 4）浇口的剪切速率 r浇=3.3q浇/(R浇)=（3.34.082104）/(3.141)=4.28104 /s 该点浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5103-5104s-1之间，浇口剪切速率校核合格。 3.3校核主流道的剪切速率 （1）计算主流道的体积流量 Q主=（V塑+V主）/t=(102.061+1.57)/2.5/s=41.45/s （2）计算主流道剪切速率 R主=3.3q主/(R主）=3.341.4510/(3.143.125)/s =1.4310/s 主流道内熔体的剪切塑料处于浇口与分流道的最佳剪切速率5102-5103之间，所以，主流道剪切速率校核合格。 3.4 冷料穴的设计及计算冷料穴主要位于主流道正对面动模板上，收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制件品的表面质量，本设计仅有主流道冷料穴。由于采用脱模板退出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。4 成型零件的结构设计及计算 4.1成型零件的结构设计 （1）凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式、和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体式凹模。图已经在A0图纸上表示出来，如下图： （2）凸模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型两件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知，该塑件的型芯有一个，是成型内表面。 4.2 成型两件钢材的选用 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件应有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20（美国牌号)。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。 4.3 成型零件工作尺寸的计算 采用平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按塑件零件图中给定的公差计算。 （1）凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换：，相对应塑件制造公差为，相对应塑件制造公差。 式中，是塑件的平均收缩率，查表可得PP的收缩率为1%-2%，其平均收缩率，是系数，查表可知一般在0.5-0.8之间，此处取（下同）；，分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；，是塑件上相应尺寸制造公差，对于精度要求较高零件取。 （2）凹模深度尺寸的计算 由于下面计算的尺寸并没有较高的精度要求，所以为了解约生产成本取（下同）。塑件高度的最大尺寸，相应的 （3）型芯径向尺寸的计算 型芯径向尺寸的计算 塑件内部径向尺寸：， ， 式中x1、x2、x3是系数一般取0.5-0.8之间，此处取x1=x2=x3=0.7 （4）型芯高度尺寸的计算 型芯高度尺寸的计算 塑件内高度尺寸：， ， 4.4 成型零件尺寸及动模板垫板厚度的计算 （1）模架尺寸的确定 模具的大小取决于塑件的大小和结构，根据经验公式来计算： 塑件在分型面上的投影宽度须满足：，即，查表取270，因此W=400。 塑件在分型面上的投影长度须满足：，即，查表取326，因此L=400。因此，确定选用模架尺寸WL=400400。 5 模架的确定及排气槽的设计由上面我们已经确定模架的平面尺寸为WL=400400。，根据型腔布置，塑件脱模方式，我们确定模架结构为P4型。 5.1 各模板尺寸的确定（1）A板尺寸 A板是定模型腔板，塑件高度为30mm，因此A板厚度取50mm。（2）B板尺寸 B板是型芯固定板，按模架标准板厚取32mm。（3）C板（垫块）尺寸 垫块=退出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5-10）mm=30+30+20+（5-10）=（85-90）mm，查表可取100mm。（4）其他模板 动定模座板厚度按标准取H1=32mm，脱模板H3=32mm，动模垫板H2=50mm，推板H4=32mm，推杆固定板H5=20mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架序号为12号，板面为400400，模架结构形式为P4型的标准模架（如图所示）。其外形尺寸：。 5.2模架各尺寸的校核 （1）模架平面尺寸 （拉杆间距），校核合格。（2） 模具高度尺寸 ,校核合格。（3）模具开模行程 （开模行程），校核合格。5.3排气槽的设计 该塑件由于采用点浇口进料，熔体充满型腔，顶部有个凸台，其配合间隙可作为气体排出的方式，不会在顶部产生憋气的现象。同时，气体会沿着推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模板之间的间隙向外排出。6 脱模推出机构的设计 6.1推出方式的确定本塑件圆周采用脱模板的推出方式，脱模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在用脱模板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并才赢锥面配合，可以防脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。 6.2脱模力的计算因为，所以塑件为薄壁型塑件。脱模力为： =6430.25+4750.506 =11180.76N式中，S为塑料成型平均收缩率取0.02，E为塑料的弹性模量(MPa)，f是塑料与钢材之间的摩擦因数，查表取0.5，为脱模斜度（），r是型芯的平均半径(mm），是塑料的泊松比，查表取0.32。是由和决定的无因次数， 6.3校核推出机构作用在塑件上的单位压应力（1）推出面积 （2） 推出应力 （抗压强度），合格。 6.4推杆直径的计算 根据公式： 式中，L为推杆的长度，n为推杆的数量，这里布置为6根，E为推杆材料的弹性模量，由于推杆为45钢，所以为2.1105。由于，推杆端部与脱模板为螺纹连接，所以这里推杆的直径取10mm，端部螺纹直径为8mm。7 冷却系统的设计冷却系统的计算很麻烦，再次之进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。 7.1 冷却介质 PP属于低粘度材料，其成型温度及模具温度分别为200和40-80，由于PP成型最适模温为80，所以模具温度取80，用常温水对模具进行冷却。 7.2 冷却系统的简单计算 （1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W 1）塑料制品的体积 2）塑料制品的质量 3）塑件壁厚为2mm，查表得，取注射时间，脱模时间，则注射周期：。有次得每小时注射次数：。 4）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凝固是所放出的热量 查表可知PP的单位热流量为。 （3）计算冷却水的体积流量 设冷却水道入口的水温为，出口水的水温为，取水的密度，水的比热容，则根据公式可得： （4）确定冷却水路的直径 当时，查表可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔直径。 （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 因为平均水温为23.5，查表可得，则有