注射模具设计说明书.doc

湖南涉外经济学院机械工程学部塑料成型模具课程设计任务书机械工程 学部 材料成型及控制工程 专业题目 塑料成型注射模具设计 任务起止日期： 2011 年 04 月 01 日至 20111 年 05 月 20 日止学生姓名： 肖 宁 班级： 材料0804 指导老师： 龚 寄 日期： 系主任： 徐友良 日期： 审查学部主任： 陈健美 日期： 批准课程设计（论文）评语：课程设计（论文）总评成绩： 课程设计（论文）答辩负责人签字： 年 月 日 摘 要此设计书介绍了塑料的注射成型工艺分析及模具设计。着重介绍了塑料圆环的模具设计。该模具为两板式单分型面注塑模具，由于该模具的型腔和型芯尺寸比较小，结构也比较简单，型腔和型芯结构为整体嵌入式。关键字：圆环建模，注射模具，侧交口。AbstractIt is introduced the design of plastic injection molding process analysis and mold design. Introduces the design of die plastic rings. The mould plate for two single parting surface injection molds, because the mold cavity and cores size are small, structure simpler also, cavity and cores structure for the whole embedded.Key word: circle modeling, injection mould, lateral junction.目录摘要3Abstract. 4目录5第一章 绪论71.1设计的背景和意义. 71.2设计和论文的主要内容 7第二章 塑件成型工艺的可行性分析 82.1塑件分析 82.2 ABS的分析 82.3 ABS的注射成型过程及工艺参数 9第三章 拟定模具结构形式和注射剂型号的确定 .113.1分型面的位置确定.113.2型腔数量和排位方式的确定.113.3注射剂型号的确定.12第四章 浇注系统的设计 154.1主流到的设计. 154.2分流道的设计. 164.3浇口的设计. 194.4 校核主流道的剪切速率 19第五章 成型零件的结构设计及计算 205.1成型零件的结构设计 205.2成型零件的钢材选用 215.3成型零件工作尺寸的计算 215.4成型零件尺寸及动模板厚度的计算 24第六章 脱模推出机构的设计 27 6.1推出方式的确定27 6.2脱模力的计算27 6.3推板推出许用应力的校核28第七章 模架的选择.297.1各模版尺寸的确定.297.2模架各尺寸的校核.29第八章 排气槽及冷却系统的设计 318.1排气槽的设计.318.2冷却系统的设计.31设计心得 34塑件成型工艺卡 35参考文献 36第一章 绪论1.1设计的背景和意义课程设计是毕业生毕业前的一次全面综合训练，是培养学生综合运用所学的理论知识和技能，去解决问题的实践性教学环节，也是锻炼学生把实践技能用书面语言表达总结的能力，有以下目的：1、理论分析、制定设计或试验方案的能力。2、调查研究、查阅中外文献和收集资料的能力。3、实验研究和数据处理的能力。4、设计、计算和绘图的能力。5、外语、计算机应用能力。6、综合分析、总结提高、编制设计说明书及撰写科技论文的能力。1.2 设计和论文的主要内容(1) 图示零件注射成型工艺的分析（包括材料性能、成型工艺、塑件结构的分析）；(2) 分析选择并确定注塑模具的结构；(3) 进行工艺计算，选择并校核注射机；(4) 绘制模具总装图及型芯、型腔零件图；(5) 编写上述内容的设计说明书。第二章 塑件成型工艺分析2.1 塑件分析（1）外形尺寸 该塑件壁厚为1.6mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，适合于注射成型。（2）精度等级 塑件每个尺寸的公差不一样，任务书中已给定尺寸公差一般为MT5，有配合的地方为MT3。（3）脱模斜度 ABS属于无定型塑料，成型收缩率较小，参考教材表210选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1度。2.2 ABS的性能分析（1）使用性能 综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表明可以镀鉻，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。（2）成型性能 1）无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型的方法及成型条件。 2）吸湿性强。含水量应小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件要求长时间预热干燥。 3）流动性中等。溢边料0.04mm左右。 4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置，形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。 5）ABS的主要性能指标，其性能指标见表1-1： 密度 g/cm1.02-1.08弹性模量 MPa1.810比容 cm/g0.86-0.98弯曲强度 MPa80吸水率%（24h）0.2-0.4硬度 HB9.7R121收缩率%0.4-0.7体积电阻率 .cm6.91016熔点C130-160击穿电压 Kv/mm15热变形温度C0.46MPa 90-1081.185MPa 83-103冲击强度 kJ/m15.7-15.9抗拉屈服强度 MPa502.3 ABS的注射成型过程及工艺参数 （1）注射成型过程 1）成型前的准备。对于ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。 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，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6075，处理时间为1620s。 （2）注射工艺参数 1）注射机：螺杆式，螺杆转速30r/min。 2) 料筒温度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。 3）喷嘴温度（）：170180. 4）模具温度（）：5080。 5）注射压力（MPa）：60100. 6）成型时间（s）：17.5（注射时间取2.5。冷却时间7，脱模时间8）。第三章 拟定模具的结构形式和初选注射机3.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选择在塑件面积最大且有利于开模取出塑件的平面上，其位置如图31所示。 图3-1 分型面的选择 3.2 型腔数量和排位方式的确定（1）型腔数量的确定 由于该塑件的精度要求不高。塑件尺寸较小，且为大批量生产，用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和个成本费用等因素，初步选定为一模两腔结构形式。（2）型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模两腔，故流道采用直线对排列，使用平衡进料，如图3-2所示。 图3-2 型腔数量的排列布置（3）模具结构形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，故采用直线对排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件推板推出方式。浇注系统设计时，交口采用侧交口，且开设在分型面上。综上分析可确定采用细水口的单分型面注射模。 3.3 注射机型号的确定 1）注射量的计算 塑件体积：V塑=3.0 cm 塑件质量：M塑=PV塑=1.02X3.0=3.06 g 式中，P可根据表1-1取1.02g/ cm 2)浇注系统凝料体积的初步估算 由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2倍1倍来估算.由于本次设计塑件体积较小，因此浇注系统的凝料按塑件体积的1倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为 V总=2nV塑=2X2X3=12.00 cm 3）注射机的选择 根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑件的总体积为V总=12.00 cm，并结合教材式（4-18）则有：V总/0.8=15.0cm。根据以上的计算，初步选择公称注射量为300 cm，注射机型号为XZY-300螺杆式注射机，其主要参数见表3-1.表3-1 注射机主要技术参数理论注射量/cm3300移模行程/mm340螺杆直径/mm60最大模具厚度/mm355注射压力/Mpa175最小模具厚度/mm285注射行程/mm150模板尺寸/mm620520注射时间/s2.5拉杆空间/mm400350塑化能力/(g/s)19喷嘴球半径/mm18合模力/N15105喷嘴口直径/mm5注射方式 螺杆式定位孔直径/mm1504）注射剂的相关参数的校核（1）注射压力校核。有设计指导手册表2-1可知，ABS所需注射压力为130150MPa,这里取P0=130MPa.该注射机的公称压力为P公=175MPa，注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.25，则：k1P0=1.25X130=162.5MPaP公，所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力校核。 1）塑件在分型面上的投影面积 A塑=748mm22）浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即交道凝料在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模具的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2倍0.5倍。这里取A浇=0.5A塑。3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则： A总=n（A塑+A浇）=n(A塑+0.5 A塑)=4X1.5X748=4488mm24）模具型腔内的胀型力F胀，则F胀=A总P型=4488X35=157.08kN其中由设计指导手册表2-2查的取P型=35MPa由表3-1可知该注射机的公称锁模力F锁=1500kN，锁模力安全系数为k2=1.11.2 这里取k2=1.2，则取k2F胀=1.2X157.08=188.5F锁，所以注射机锁模力满足要求。对于其他的安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。第四章 浇注系统的设计4.1 主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。4.1.1 主流道尺寸（1）主流道的长度 一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60，本次设计初取50mm计算。（2）主流道小端直径 d = 注射机喷嘴尺寸 + （0.5-1）mm = 5.5mm。（3）主流道大端直径 D = d + L主tan()=8.5mm,式中a=40（4）主流道球面半径 SR = 注射机喷嘴球头半径 + （1-2）mm = 20mm(5) 球面配合高度 h = 3mm4.1.2 主流道的凝料体积V主= L主（R2主+r2主+R主r主）/3=1710.38mm34.1.3 主流道当量半径 Rn = (2.75+4.25)/2=3.5mm4.1.4主流道交口套的形式主流道小端入口处与注塑机喷嘴反复接触，属易损坏，对材料要求较严，因而模具主流道常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用45钢或合金钢等，热处理硬度为52-56HRC。此设计若采用分开式结构，主流道比较长，凝料体积比较大，因此把衬套和定位圈做成一整体的延伸式浇口套。因为流道长短与所选模架有关，所以在确定流道尺寸之前应根据型腔数量及布局估算动定模板的平面尺寸，即粗定模架的型号和规格，这样才使得理论计算有据可依。根据布局及考虑到模板壁厚、顺序分型时在主分型面的一些元件的布置等，选用侧点交口模架，规格为350400，查设计指导手册表7-4得：H4 = 45，H5 =20，浇口形式如图4-1所示。图4-1 主流道交口套的结构形式4.2 分流道的设计4.2.1 分流道的布置形式 为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。4.2.2 分流道的长度 根据两个型腔的结构设计，分流道的长度适中，初选25mm，如图4-2所示。图4-2 分流道布置形式 4.2.3 分流道的当量直径 流过分流道塑料的质量 m塑 = nV塑 =1X1.02X3=3.06 g 200g根据教材式（4-16），分流道的当量直径为 D分=0.2654（m塑）1/2（L分）1/4=0.2654X（3.06）1/2X(25)1/4=1.04mm4.2.4分流道截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。4.2.5分流道截面尺寸由于分流道当量直径太小，为方便选择道具加工本次设计采用梯形的上底宽度为B = 4mm ,地面圆角的半径取R = 1mm,梯形高度取H = 2.5mm ,下底宽度为b= 2 mm，通过计算得梯形斜度= 5，基本符合要求。4.2.6 凝料体积 分流道的长度为L分 =25X2=50mm 分流道截面积 A分 = （B+b）H/2 =7.5 mm2 凝料体积 V分 = L分A分 = 507.5 = 375mm3 = 0.75 cm3取V分 = 0.7 cm34.2.7校核剪切速率 确定注射时间：查设计指导手册表13-1,可取t = 2.5s 计算单边分流道体积流量：q分 =（V分/2+V塑）/t=1.34 cm3/s 由教材式（4-20）可得剪切速率 r 分 = 3.3q分/R3分 = 417.3 s-1该分流道的剪切速率不处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在5102 5103s-1之间。4.2.7分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra 1.25m-2.5m即可，此处取Ra 1.6m。4.3 浇口的设计4.3.1 侧浇口尺寸的确定 根据教材表4-10, 由于此塑件壁厚为1.6mm，计算得侧浇口的深度h取1 mm ,宽度b取1 mm,浇口长度取3 mm。4.3.2 侧浇口剪切速率的校核。 确定注射时间：查设计指导手册表13-1，取t= 2.5s 计算浇口体积流量：q浇 = V塑/t = 3/2.5= 1.2 cm3/s 计算浇口的剪切速率： r = 3.3q分/R3浇=7181.3 s-1 10 ，所以算是薄壁圆筒的受力状态，根据厚壁筒形脱模力的计算公式可得： F = 2tESLcos（f tan）/(1-)K2 +0.1A=23.141.618000.00559.8cos1（0.45-tan1）/(1-0.3)1.0069+0.1X2X748 = 523.45N 6.3 推板推出许用应力校核 1）推出面积 A板=（R2-r2）/4=3.14X(37.92-36.72)/4=70 mm2 2）推板推出应力 根据设计指导手册表2-12许用应力【】=11.716.1 Mpa =F/A=523.45/70=7.5 Mpa 【】 合格第七章 模架的选择查设计指导手册表7-4得WL = 350mm400mm及各板的厚度尺寸。7.1各模板尺寸的确定 （1）定模型腔板 塑件高度为9.8mm。考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离。故定模型腔板厚度取40mm。（2）型芯固定板，按模架标准板厚取45。（3）垫块尺寸， 垫块 = 推出行程+ 推杆固定板厚度 +(5-10)mm = （10+45+510）mm = 60 65初步定为90mm。其他尺寸按标准标注，如下图所示。7.2 模架各尺寸的校核根据所选注塑机来校核模具的尺寸。模具平面尺寸350mm400mm400300（拉杆间距），校核合格。模具高度尺寸320mm，285320355（模具最大厚度和最小厚度）模具的开模行程S = 10+50+（5-10）= 6570340，校核合格。第八章 排气槽及冷却系统的设计8.1 排气槽及冷却系统的设计 该塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑件下方的台阶向上充满型腔，其配合间隙可作为气体排出方式，不会再顶部产生憋气现象。同时，地面的气体会沿着分型面、型芯和推件板之间的间隙向外排出。8.2 冷却系统的设计 冷却系统的计算很麻烦，在此只能进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时候所放出的热量应该等于冷却水所带走的热量。8.2.1冷却介质ABS属流动性好的材料，其成型温度及模具温度分别为160220和8090。热变形温度为102115。所以模具温度初步选为50，用常温水对模具进行冷却。8.2.2 冷却系统的简单计算1) 单位时间注入模具中的塑料熔体的总质量W（1）塑料制品的体积 V = V主 + V分 + nV塑 = 8.4 （2）塑料制品的质量 m = V = 8.4 1.02 = 8.57 g（3）塑件壁厚为1.6，查教材表4-34得t冷 =7s 。注射时间t注 = 2.5s ,脱模时间8s,则注射周期：t = t注+ t冷+ t脱 =17.5 s。由此可得每小时注射次数N = 206次。（4）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量为：W = Nm = 2068.57 = 1.77/h2）确定单位质量的塑件在凝固时放出的热量Qs 查教材表4-35知ABS的单位热流量取Qs=400kJ/。取3）计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为t2 = 22，出水口的水温为t1 = 30，取水的密度 = 1000/m，水的比热容c = 4.187Kj/()，则根据公式可得： qv = WQs/6