塑料模课程设计.doc

注塑模具设计举例摘 要本设计基于塑料成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的工作原理，对外螺纹圆盒的注射成型模具进行了设计；对制件进行了详细的分析，制件所用材料是ABS。在此基础上提出了模具的设计方案；选择了制件的分型面；确定了制件的成型方式及型腔数目；对模具的工作零件部分进行了详细的设计计算和说明，特别是脱模机构，利用推杆和脱模板组合，完成制件和浇注系统凝料的取出；最后，对注射机进行了选择和校核。在设计中还用到了CAD/CAM系统和Pro/e模型设计，简化了设计过程，通过模拟，提高了模具工作的可靠性。关键词：圆盒；ABS；注塑模；注射机第1章概述21.1接受任务书21.2塑料的理化性能和工艺性能分析31.3工艺措施41.4 模具材料4第2章注塑件的分析52.1成型塑料制件结构工艺性分析5第4章 选择注射机及注射机工艺参数校核184.1注塑机的技术规范184.2 注射压力的校核184.3 注射量的校核184.4 开模行程和塑件推出距离的校核194.6 模具闭合高度的校核19第5章 注射模的结构设计及计算195.1 成型零部件设计195.1.1 成型零部件的结构设计195.1.2 成型零部件工作尺寸计算205.2 脱模及抽芯机构设计225.2.1 脱模机构设计225.2.2 侧向分型与抽芯机构的设计245.3 标准模架的选择255.4 注射模具零件设计255.4.1 模具主要连接件选择或设计255.4.2 模具主要定位件选择或设计255.4.3 模具主要导向件选择或设计255.5 模具冷却系统设计255.5.1 模具热平衡计算255.5.2冷却回路的尺寸确定265.5.3模具冷却系统的结构设计286.2 绘制全部零件图30目 录摘 要I1前言11.1模具工业的地位11.2塑料注射模具的现状及发展趋势12圆盒盖制件分析43 圆盒件注射模具设计53.1设计思路步骤53.2方案选择53.3制件成型位置及分型面选择63.4型腔数目及排列方式63.5浇注系统设计63.6脱模机构设计93.7模具工作零件尺寸计算123.8导向及定位机构143.9 排气及冷却164 注射机选择164.1注塑机基本参数164.2注塑机选定步骤174.3注射机的校核185 模具动作过程说明21参考文献22致谢词23附录24附1: CAD部件图24第1章概述1.1接受任务书 圆盒注射模结构设计及成型工艺参数优化与仿真分析 塑料：聚苯乙烯PS（polystyrene）产品规格：见附图；生产批量：大批量 。1.2塑料的理化性能和工艺性能分析（1）塑件的理化性能分析表1-1 一般型PS的主要技术指标PS（polystyrene）密度 /(kg/dm)1.041.06比体积 0.940.96吸水率 0.030.05收缩率 s/(%)0.50.6熔点 t/131165热变形温度 t/6596表1-2 PS基本性能表PS数据资料来源结构特点热塑性塑料性能特点质地硬而脆，有较高的热膨胀系数；着色性能优良成型特点 1）吸湿性小，热膨胀系数大，流动性较好，溢边值0.03mm左右 2）塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件 3）可用螺杆或柱塞式注塑机加工，喷嘴可用直通式或自锁式 4）宜用高料温、高模温、底注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔、变形，但料温高易出银丝。 5）可采用直接、侧浇口，脱模斜度宜取1.2左右，可用热浇道系统结论1）聚苯乙烯因性脆，不宜带有金属嵌件。否则，容易产生应力开裂。2）聚苯乙烯的极限流动长度与厚度之比最好小于200：1。3）可用螺杆式或柱塞式注射机成型。（2）塑件的工艺性能分析表1-3 PS注射成型工艺参数表工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度/：6075时间/h：2成型时间/S注射时间：03保压时间：1545冷却时间：1560总周期：40120料筒温度 /后段：140160中段：-前段：170190螺杆转速/rmin48喷嘴温度 /-后处理方法：红外线、鼓风烘箱温度/：70时间/h：24模具温度 /3265注射压力 /MP601101.3工艺措施（1）对潮湿料则需要进行干燥，可在7080温度下干燥24h。（2）注射成型时，料筒温度160260，喷嘴温度170190，模具温度6080，模具温度温差不大于36。 (3)注射压力60110 MP。(4)塑件进行热处理，将塑料件放入6580的热水中处理13h，然后缓慢冷却至室温。1.4 模具材料模具用钢及热处理工艺见表1-4. 零件名称材料牌号热处理方法型腔(凹模)型芯(凸模)/螺纹型芯/螺纹型环/成型镶件/成型推杆45调质型腔(凹模)型芯(凸模)/螺纹型芯/螺纹型环/成型镶件/成型推杆T8A、T10A型腔(凹模)型芯(凸模)/螺纹型芯/螺纹型环/成型镶件/成型推杆20CrMnMo、20CrMnTi渗碳、淬火型腔(凹模)型芯(凸模)/螺纹型芯/螺纹型环/成型镶件/成型推杆5CrMnMo、40CrMnMo渗碳、淬火垫板（支撑板）浇口板锥模套45淬火动、定模板、动定模座板45调质固定板45调质推件板45调质浇口套、拉料杆、拉料套、分流锥T8A、T10A淬火导柱T8A、T10A淬火导柱20渗碳、淬火导套T8A、T10A淬火限位导柱、推板导柱、推板导套、导钉T8A、T10A淬火斜销、滑快、斜滑快T8A、T10A淬火表1-4 常用塑料模具钢使用性能和加工性能21第2章注塑件的分析2.1成型塑料制件结构工艺性分析塑件结构工艺性的主要内容：塑件的尺寸和精度，表面粗糙度，形状，壁厚，斜度，加强筋，支撑面，圆角，孔，螺纹，嵌件，铰链，标记，符号和文字等。根据所给零件的结构，本设计从以下几方面对其分析：尺寸精度分析：该产品的尺寸均为未注公差，参考中国模具工程大典（第三卷）其精度一律按SJ1372-78,8级处理。一般模具的精度要比塑件的精度高23级，所以取模具精度为MT5。所有尺寸均为自由尺寸，可按MT5查取公差，其主要尺寸公差标注如表2-1。表2-1 尺寸分析尺寸塑件原始尺寸塑件转换尺寸塑件尺寸精度塑件外形尺寸126 120 R4 2 15 20130 64 60 R4 2 15 MT5塑件内形尺寸114 128 R2 65.6 61.6114 128 R2 MT5粗糙度分析:由塑料制件的粗糙度确定模具的粗糙度，模具的粗糙度比塑料制件的粗糙度小一级:型腔的Ra为0.05um；塑件结构分析:由塑件图形可知,该零件外部有外螺纹,必须采用侧向抽芯。 斜度分析：脱模斜度11.5左右脱模斜度塑件内孔，以型芯小端为准，尺寸符合图样要求，斜度由扩大方向取得；塑件外形，以型腔（凹模）大端为准，尺寸符合图样要求，斜度由缩小方向取得。壁厚分析: 查表2-3知PS的最小壁厚为0.75mm。该圆盒其壁厚各处均匀，为2mm,塑料充型后能快速冷却,且制品不易产生缺陷。 表2-3 某些热塑性塑件壁厚推荐值(mm)塑料制品材料最小壁厚最大壁厚推荐壁厚PS0.756.41.6圆角设计:塑件的各连接处均应有半径不小于0.51.0mm的圆角。该塑件的材料为PS，其所允许的最小圆角半径为1.01.5mm，塑件的最小圆角为2mm，满足要求。图2-2 塑件外螺纹形状螺纹设计：塑件外螺纹直径不宜小于4,内螺纹直径不宜小于2,塑料制品螺纹如图2-2，塑件上的外螺纹始端下降0.2mm以上，末端应留0.5mm以上。螺纹的始端和末端均不应突然开始和结束，而应有过渡部分由于圆盒塑件的螺纹公称直径较大，故L取10mm。2.3 根据CAE分析结论进行模具工艺设计与验算2.3.1 型腔数量的决定（1）根据注塑机最大注塑质量求型腔数 塑件体积：=115cm 预选注塑机为：SZ-250/1250 (卧式) 型腔数目 （2-1） 带入参数进公式得（2）按注射机的额定锁模力确定型腔数（3）根据塑化能力求型腔数 模具的注塑容量还必须与注塑机的塑化能力相匹配。型腔数： （2-4）式中 G塑化能力，kg/h (1.096) 每分钟的注塑次数， tc成型周期（充型时间1.57s+塑料冷却时间125.3s+取件时间10s=137s）代入相关数据得: n=2.07 (4) 根据塑件精度确定型腔数目采用一个注射浇口。结论：采用一模一腔，一腔一浇口注射的结构。2.3.2分型面确定 方案一：分型面设计在塑件顶部，分型后塑件抱紧在型芯上，留在动模一侧，能够顺利脱出，模具结构合理；而且能够保证塑件尺寸精度和表面质量。见图2-13。方案二：分型面设置在圆盒凸缘处，分型后塑件在力的作用下留在动模一侧，塑件无法从型腔中脱出，模具结构不合理。塑件质量无法保证。见图2-14。图2-13 分型方案一图2-14 分型方案二结论：根据分型面的设计原则对两种方案分析比较，方案一中模具结构合理，明显优于方案二，本设计选择方案一进行模具设计。2.3.3确定浇注系统 在设计浇注系统时应考虑下列有关因素： 1）塑料成型特性， 2）模具成型塑件的型腔数，3）塑件大小及形状， 4）塑件外观， 5）注射机安装模板的大小，6）成型效率， 7）冷料。（1）主流道设计 初选注射机的喷嘴直径为3.5mm，喷嘴圆弧半径为15mm，定位圈直径为160mm。由经验公式：D= （2-5） 带入数据得，D=5.5mm浇注系统的基本尺寸为：d=4mm，D=5.5mm，L=35mm，H=4mm，=2，R=8mm。见图2-17。（2） 浇口设计 根据最佳浇口位置分布分析图表，又考虑到塑件的形状尺寸，该塑件选用两种方案：点浇口和直浇口。表2-5 常用塑料所适应的浇口形式塑料种类直接浇口侧浇口平逢浇口点浇口潜伏浇口环形浇口聚苯乙烯(PS)图2-17 浇口套方案一：点浇口（图2-18）特点：开模时，浇口可以自动拉断，利于自动化操作，浇口去除后残留痕迹小，但注射压力损失打，收缩大，塑件易变形。模具结构较复杂。方案二：直浇口（图2-19）特点:浇口尺寸较大，流程又短，流动阻力小，进料快，压力传递好，保压补缩作用强，利于排气和消除熔接痕。但浇口去除困难，且遗留痕迹明显，浇口附近热量集中，冷凝速度慢，。第4章 选择注射机及注射机工艺参数校核4.1注塑机的技术规范表 4-1注塑机SZ-250/1250的参数序号主要技术参数项目参数数值1最大注射量/cm32702注射压力/Mpa1603锁模力/KN12504动、定模模板最大安装尺寸/（）415X4155最大模具厚度/5506最小模具厚度/1507最大开模行程/3608喷嘴圆弧半径/SR159喷嘴孔直径/3.510定位圈直径/1604.2 注射压力的校核所选注塑机为：SZ-250/1250，最大注射压力为160Mpa，理论注射容量为270cm，应用CAE分析的结论：实际注射压力32.52Mpa符合要求。结论：各项数据均符合设计要求。4.3 注射量的校核 注射模内的塑件及浇注系统的凝料总熔量（容积或质量）应在注射机额定注射量的80%以内，（查模具设计与加工速查手册表59）即： (4-4)式中： 单个塑件的容积（）或质量（g）（115.011） 模具型腔数目（1） 浇注系统和飞边所需塑料的容积（）（0.538） 注射机额定注射量（或g）（250）将上式代入值得：1115.011+0.538=115.5490.8250=200结论：所选注射机的注射量满足注射要求。4.4 开模行程和塑件推出距离的校核模具的开模行程按下式校核： (4-5) 式中： 注塑机的最大开模行程（360）mm 塑件脱模距离（135）mm 塑件高度，包括浇注系统在内（165）mm将上式代入值得： =135+165+10mm=310mm S结论：注塑机的开模行程满足设计要求4.6 模具闭合高度的校核 模具闭合高度必须满足注塑机装模高度， 即： (4-6) 式中： 注塑机的最小装模高度（mm） 注塑机的最大装模高度（mm） 模具闭合高度（mm）本设计中，所选注射机的最小装模高度为150mm,最大装模高度为550mm，所设计的模具闭合高度为425mm，故模具闭合高度满足要求。第5章 注射模的结构设计及计算5.1 成型零部件设计5.1.1 成型零部件的结构设计（1）定模嵌件的结构设计 图5-20 模具冷却系统结构设计其结构见图5-1所示。图5-1 定模嵌件的结构（2）主型芯的结构设计图5-2 主型芯结构本设计采用组合式结构中的通孔台肩式，型芯用台肩和模板连接，再用垫板、螺钉紧固，连接牢固，是最常用的方法。其结构如图5-2所示。5.1.2 成型零部件工作尺寸计算模具精度等级为MT5级、按平均收缩率计算成型尺寸1）型腔径向尺寸计算模具型腔的径向尺寸为： （5-2）计算如下表：表5-1 型腔径向尺寸收缩率塑件尺寸型腔尺寸0.55%0.55%0.55%0.55%0.55%2）型芯径向尺寸计算： （5-3）计算如下表：表5-2 型芯径向尺寸收缩率塑件尺寸型芯尺寸0.55%0.55%0.55%0.55%3）型腔深度和型芯高度尺寸计算型腔深度公式 （5-4）型芯高度公式 （5-5）型腔深度尺寸计算如下表：表5-3 型腔深度尺寸收缩率塑件尺寸型腔深度0.55%0.55%0.55%0.55%0.55%型芯高度尺寸计算如下表：表5-3 型芯高度尺寸收缩率塑件尺寸型芯高度0.55%0.55%4）螺纹型环工作尺寸的计算图5-1 圆盒塑件外螺纹螺纹型环大径为: （5-6）螺纹型环中径为: （5-7）螺纹型环小径为: （5-8）其中，=120，=118mm，=116.7mm, =0.3mm,有公式计算得：mm, mm, mm5.2 脱模及抽芯机构设计5.2.1 脱模机构设计 （1）所需抽拔力计算抽拔力的计算公式为 (5-10)式中：抽拔力（N）; f摩擦系数，一般取0.150.2； 脱模斜度，本设计中脱模斜度为3； P塑件的收缩应力，模内冷却的塑件的收缩应力，模外冷却的塑件； A塑件包紧型芯的侧面积（）。抽拔力 =80kN（2）脱模机构结构设计采用一次顶出脱模机构。 顶杆可用T8、T10等制成并热处理到55HRC左右。顶杆一般由专门的标准件厂生产，设计时，应尽量选用标准顶杆。 其固定方式如图5-2所示。图5-2 推杆固定形式图5-3 限位钉（3）顶出机构中附属零部件： 1）限位钉：数目为4，均布于动模座板上。用T8，热处理55HRC左右，一般模限位钉的形式如图5-5。 图5-4 顶出机构的导向装置图5-5 复位杆 2）顶出导向零件：导柱通常用T8、T10等材料做成，淬火5560HRC。导套也可用T8等做成，淬火5355HRC。 3）复位杆：复位杆端面常低于模板平面0.020.05mm。复位杆的形式如图5-5所示。本设计中采用四根复位杆，要保证模具的正确复位。5.2.2 侧向分型与抽芯机构的设计（1）侧向分型与抽芯方案的确定 该塑件外形有外螺纹,：采用弯销侧抽芯机构。 (2)弯销设计 1）弯销的形状及技术要求：弯销的形状如图5-6所示。斜销的材料采用20钢渗碳处理。热处理要求硬度HRC55，表面粗糙度为。2)弯销的长度：见图5-7。塑件所需的抽芯距S为4.1mm，而弯销实际的抽芯距为16.43mm,图5-6 弯销图5-7 弯销侧抽芯距离（3）侧滑块的设计本设计中，采用一对侧滑块来成型圆盒塑件的外螺纹。图5-8为侧滑块的结构。 图5-8 侧滑块 图5-9 燕尾槽（4）导滑槽的设计：导滑槽的形式取燕尾槽，如图5-9所示。(5)侧滑块定位装置的设计本设计是利用弹簧、活动定位钉定位；圆头销和钢球定位形式及推荐尺寸见表5-4。在圆盒注射模的设计中的侧抽芯属于侧面方向的侧抽芯动作，采用了弹簧和圆头销的定位装置，将其装在型芯固定板上，在侧滑块上的定位穴设计成90锥穴，其具体结构形式如图表5-4 圆头销和钢球定位形式及推荐尺寸5.3 标准模架的选择选用的是A2型的250250标准模架，由于该模具的型腔相对比较大，为此，在考虑结构上，对定模板的厚度从100增加到136，其模架图如下图所示：5.4 注射模具零件设计5.4.1 模具主要连接件选择或设计5.4.2 模具主要定位件选择或设计5.4.3 模具主要导向件选择或设计 5.5 模具冷却系统设计5.5.1 模具热平衡计算（1）进入模腔的总热量（） （5-11）（2）模具散热量 （5-12）1）对流散发走的热量： （） （5-13） 带入数据计算得2）由辐射散发的热量（） （5-18）=5.573）向注塑机工作台面所传热量 （5-19） =14294)热平衡条件=136.45.571429=1570.81（）=6026（）可见 ，故模具需设计冷却系统。5.5.2冷却回路的尺寸确定 将分解为凹模带走的热量和凸模带走的热量，由经验得： =0.4；=0.6； 查附录A得：PS塑料模温4060，一般要求设计冷却系统；模温取值偏低值，为38；PS 塑料熔料温度200250，取稍高值，为230；取水温为24。根据塑件的质量要求，拟控制各条冷却回路的出入口温度为2；PS 塑料热变形温度：6082 ；模具外形尺寸为250250330（）。现拟出具体使用参数如表5-5：表5-5 注射模具使用参数熔料温度，230模温，48塑件脱模温度，80注射量，kg/次0.122每小时注射量，kg/小时14.64比热，KJ/kg1.339潜热，KJ/kg243成型时间，秒/模30每小时成型次数120水温，24平均水温，26冷却回路的尺寸确定 （5-20）带入数据得=6026-1570=4456 KJ/h由于动定模的冷却水道是分别设置的，因此应将分解为凹模带走的热量和凸模带走的热量，由经验得： =0.4=1783 KJ/h=0.6=2673 KJ/h（1）冷却水用量计算 （5-21）带入数据得：=1.07 m3/h（2）冷却面积、管径、流速确定 冷却水从模具中带走的热量为： （5-22）= 37.5 （3）冷却回路长度计算 （4）冷却回路压降计算 侧型芯的冷却回路共有2次90度的转弯，得=230d=0.36，。 （523）式中： 冷却回路因孔径变化或改变方向引起局部阻力的当量长度（m）。将上式代入值得凸凹模冷却水管回路的压降分别为： （Pa） （Pa） 小于一般来自水的压力，故属于可靠。5.5.3模具冷却系统的结构设计本设计型芯中采用螺旋循环式冷却水道，型腔采用环形冷却水道，内外同时对塑件冷却，如图5-20所示。图见前面四川理工学院毕业设计（论文）第6章 绘制模具图6.1 绘制总装结构图用1：1