塑料罩壳的注射模具设计书.doc

塑料罩壳的注射模具设计方案第一章 绪论1.1课程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 注塑机简介注射机是注射成型的主要设备，选择注射机时，必须了解注射机的各主要工艺参数，使模具在注射机工艺参数的许可范围内，主要包括一下几项：最大注射量、最大注射压力、锁模力、闭合高度、开模行程。1.3 课程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。5第二章 零件注射成型工艺的分析 本课程设计为一塑料罩壳，如下图21所示。2.1 PP(聚丙烯)的性能分析聚丙烯为线型结构结晶型聚合物。吸湿性小，使用温度在10-120，化学稳定性较好，不容易发生反应，耐寒性差，光氧作用下易降解老化，机械性能比聚乙烯好。成型时收缩率大，流动性好，成型性能较好，易产生变形等缺陷。主要用做板、片、透明薄膜、绳、绝缘零件、汽车零件、阀门配件、日用品等。表21 PP的性能指标密度kg/dm30.9-0.91弯曲模量(MPa)694-1980吸水率24h/%很小拉伸强度(MPa)9.39-36.7收缩率/%1.0-2.5缺口冲击强度 (J/m)6.78-1162.2 塑件的分析 （1）外形尺寸 该塑件壁厚为2.5，塑件外形尺寸不是很大，塑料熔体流程不是太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性好，适合于注射型。 （2）精度等级 塑件中各个尺寸的公差已在任务书中给定，其他未注明公差取MT7。 （3）脱模斜度 PP的成型工艺性良好，韧性好，但是收缩率中等，去脱模亵渎为1。62.3 PP的注射成型过程及工艺参数（1）注射成型过程 成型前准备。对PP的色泽、粒度和均匀度进行检验，若不是在特殊情况下可以无需进行干燥。 注射过程。塑料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的型腔成型，其过程大致可以分为充模、压实、倒流和冷却五个阶段。 塑件的后处理 为防止后结晶产生的收缩变形，制品一般需经热水浸泡处理。 （2）注射工艺参数 注射机：螺杆式，螺杆转速为0-180r/min。料筒温度t/：前段 200-220 中段 180-200 后段 160-180模具温度t/：80-90注射压力p/Mpa：70-100成型时间s：50-160（注射时间取40，高压时间取2，冷却时间取60）7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，分型面应该选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，其位置如3-1所示。 3-13.2型腔数量和排列方式的确定 (1)型腔数量的确定 由于塑件的精度要求不高，且塑件的尺寸中等，初步设定为一模两腔的结构形式。（2）型腔排列形式的确定 由下图3-2所示 3-2该模具选择是一模两腔，垂直主流道，其型腔中心距的确定如上图所示。（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，对称排列，根据塑件的结构形状及材料的性质，推出机构初选推管脱模方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开在分型面上。综上所诉，可以确定采用单分型面注射模，垂直式主流道，侧浇口，推管推出。83.3注射机型号的确定（1）注射量的计算塑件的体积：V塑=83.590cm塑件的质量：m塑 = V塑 = 0.983.590 = 75.231g(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到1倍来计算。由于本次设计采用的流道简单而且比较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总 = 1.3n V塑 = 1.3283.590 = 217.334cm （3）选择注射机 根据以上计算算出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为217.334cm，由参考文献【1】式（4-18）V公 = V总/0.8=217/0.8 = 271.25。根据以上的计算，初步选择公称注塑量为320cm，注射机型号为XZY-300卧式注射机，其主要技术参数见3-3。表3-3 注射机主要技术参数理论注射量/cm320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/mm150(4)注射机的相关参数的校核注射压力校核。查参考文献【1】表13-3可知，PP所需注射压力为70-100Mpa,这里取p0 = 100Mpa,该注射机的公称注射压力p公 = 175Mpa，注射压力系数k1 = 1.25-1.4，这里取k1 = 1.3,则：k1p0 = 1.3 100 = 130Mpa p公，所以注射机注射压力合格。锁模力校核。塑件在分型面上的投影面积A塑 = 11590-3.1454 = 10036浇注系统在分型面上的投影是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2到0.5倍。由于本设计的流道很简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。这里取A浇 = 0.3 A塑。塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总为 A总 = 21.3A塑 = 26093.6mm模具型腔内的胀型力F胀 ，则 F胀 = A总p模 = 26093.6 30 = 782.81kN上式中p模是型腔的平均计算压力值。p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%-40%，大致范围为20-40Mpa。对于黏度大的精度较高的塑料制品应取较大值。PP的黏度小，流动性好，故p模取30 Mpa。锁模力的安全系数为k2= 1.1-1.2，这里取k2为1.2，则k2 F胀 = 1.2F胀 = 91.2782.81= 939.37kN F锁=1500kN ,所以注射机锁模力满足要求。对于其他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。10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，本次设计中因为模具是中等，模具深度偏高，所以初取70进行计算。（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 + 2L主tan(/2)=10mm 式中4（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（R主+r主 + R主r主）/3 = 70（4.85 + 2.75+ 4.852.75） 3.14/3 = 3258.24 mm4.1.3 主流道当量半径 Rn = (2.75+5)/2 = 3.9mm4.1.4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仁壁厚、顺序分型时在主分型面的一些元件的布置等，选用侧交口模架，规格为315315，查表得：H4 = 25，H5 =80，延伸式浇口形式如零件图上所示。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60mm。4.2.3 分流道的当量直径 流过分流道塑料的质量 m = V塑 =75.231g 200g此塑件壁厚为2.5mm,在2mm -3mm之间，按本书图2-4表上的经验曲线查得D= 4.7mm ，再根据分流道长度由图2-5查得修正系数f = 1.05，则分流道直11径修整后为D = Df = 6mm 。4.2.4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分流道截面尺寸设梯形的上底宽度为B = 7mm ,地面圆角的半径取R = 1mm,梯形高度取H = = 4.5mm ,设下底的宽度为b，梯形面积应满足如下关系式。（B+b）H/2 = D/4 取b = 5.5mm。通过计算得梯形斜度= 9.36，基本符合要求。4.2.6 凝料体积 分流道的长度为L分 = 60mm 分流道截面积 A分 = （7+5.5）4.5/2 = 28.125mm 凝料体积 V分 = L分A分 = 6028.125 = 1687.5mm = 1.6875cm 考虑到圆弧的影响，V分 = 1.5cm4.2.7校核剪切速率 确定注射时间：查本书表2-3,可取t = 2s 计算单边分流道体积流量：q 分 =（V/2+V塑）/t = 42.17cm/s 由本书（式2-22）可得剪切速率 r 分 = 3.3q分/R分 = 1.6103s-1该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在5102 5103s-1之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。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。另外其脱模斜度在50之间，通过上诉计算脱模斜度为9.36，脱模斜度足够。4.3 浇口的设计 该塑件要求不允许有变形和裂纹，表面质量要求较高，采用一模两腔，为便于充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧交口。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。4.3.1 侧浇口尺寸的确定 根据表2-7,由于此塑件壁厚为2.5mm，侧浇口的深度h取2mm ,宽度b取2.5mm,浇口长度取1.2mm。4.3.2 侧浇口剪切速率的校核。 确定注射时间：查表2-3，取t= 2s 计算浇口体积流量：q浇 = V塑/t = 83.59/2 = 41.795cm/s 计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：r = 3.3q分/R分4104s-1,则r = 3.3q分/Rn= 3.341.795/3.141.210=2.541044104s-1其中Rn为矩形浇口的当量半径，即Rn = （2A/l）1/3 = 1.209mm124.4 校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。4.4.1 计算主流道的体积流量 q主 =（ V主 + V分 + nV塑）/t =( 3.258 + 1.5 + 283.59)/2 = 85.8794.4.1 计算主流道的剪切速率 R =3.3q主/R主 = 3.385.879/3.143.80.001 = 1.62 103 s-1 主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5102 5103s-1之间，所以主流道的剪切速率合格。4.5 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。由于该塑件要求表面没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力使凝料从主流道衬套中脱出。13第五章 成型零件的结构设计及计算5.1 成型零件的结构设计5.1.1凹模的结构设计 凹模是成型制品外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分成整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。本设计中采用整体嵌入式凹模，如下图所示。5.1.2 凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。该塑件采用整体式型芯，如下图所示，因为塑件的抱紧力较大，所以设在动模部分。5.2 成型零件的钢材选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模刚才选用P20。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，此刚才选用P20钢，进行渗氮处理。 5.3 成型零件工作尺寸的计算采用式（2-36）式（2-30）相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照零件图中给定的公差计算。5.3.1凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向尺寸的转换Ls1 = 1100-0.04 mm = 1100-0.04 mm ,相应的塑件制造公差 1 = 0.01mm ;Ls2 = 1150.02mm = 115.020-0.04mm,相应的塑件制造公差2 = 0.04mmLs3 = 85+0.05-0.02mm = 85.050-0.07mm，相应的塑件制造公差3 = 0.07mmLs4 = 900.02mm = 90.020-0.04mm,相应的塑件制造公差4 = 0.04mmLM1 =（1+Scp）Ls1- x11+a0 = (1+0.0175)110-0.80.010.00170 = 111.917+0.0017 0 = 111.9+0.00170mmLM2 = （1+Scp）Ls2- x22+a0= (1+0.0175)115-0.80.040.00670 =116.980+0.00670 = 117.0+0.00670mmLM3 = （1+Scp）Ls3- x33+a0= (1+0.0175)85.05-0.80.070.01170 =86.482+0.01170 = 86.5+0.01170LM4 = （1+Scp）Ls4- x44+a0= (1+0.0175)90-0.80.040.00670 =91.5430.00670 = 91.5+0.00670mm5.3.2 凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的换算：塑件高度的最大尺寸Hs1 = 600-0.05 mm ，相应的公差1 = 0.06 ，塑件底部凸缘的基本尺寸为2.5mm未注公差，属B类尺寸，按MT5级进行计算，则最大尺寸Hs2 = 2.50.08 = 142.580-0.16 mm ,相应的1= 0.16mm。 HM1 =（1+Scp）Hs1- x11+a0 = (1+0.0175)60-0.650.060.010 = 61.011+0.010mm HM2 =（1+Scp）Hs2- x22+a0 = (1+0.0175)2.58-0.650.160.0270 =2.52+0.0270mm5.3.3 型芯径向尺寸计算。 塑件内部径向尺寸的转换Ls1 = 800.02 = 79.98+0.040mm , s1 = 0.04mmLs2 = 110-0.040 =109.99+0.010 mm , s2 = 0.01mmLM1 =（1+Scp）Ls1+ x110-a = (1+0.0175)80+0.80.0400.0067 = 81.4320-0.0067mmLM2 =（1+Scp）Ls2+ x220-a = (1+0.0175)109.99+0.80.0100.0017 = 111.90-0.0017mm5.3.4 型芯高度尺寸计算。 塑件高度尺寸转换：hs1 = 55+0.05-0.01 =54.99+0.060 mmhM1=（1+Scp）hs1+ x110-a = (1+0.0175)54.99+0.650.0600.001 = 55.9-0.0010mm5.3.5 型芯径向尺寸的计算。10自由公差按MT5查得：10+0.200，不需要转换，因此德LM3 =（1+Scp）Ls3+ x220-a = (1+0.0175)10+0.750.2000.033 = 10.30-0.033mm5.3.6 成型孔的高度。410的型芯是与凹模碰穿，所以高度应取正公差，以利于修模。5.3.7成型孔间距的计算CM1 = （1+s）Cs1 = （1.017540）0.01 = 40.70.005 mmCM2 = （1+s）Cs2= （1.017565）0.0067= 66.10.003mm5.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算5.4.1凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据本节参考文献【1】中的刚度计算公式计算。S = （3ph4/2Ep）1/3 = （3ph4/2Ep）1/3 =（325604/22.11051.0825x1000）1/3 =44mm 凹模嵌件初定单边厚选20。由于壁厚不能满足44mm要求，所以凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中，由模板和型腔共同来承受型腔压力。根据型腔的布置，初步估算模板平面尺寸选用315315。5.4.2 动模垫板厚度的计算。动模垫板厚度和所选木架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在315315这个范围内，查表7-1垫块之间的跨度大约为L = B-2B3 = 315 256 = 203mm。那么根据型腔布置及型芯对动模板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即T = 0.54L(pA / EL1p) 1/3 = 0.54203（25210036/2.11053150.0376）=22.1mm。动模垫板可按照标准厚度取50mm，满足要求。15第六章 脱模推出机构的设计 本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出、或推件板加推杆的综合推出方式。根据脱模力计算来决定。6.1 脱模力的计算6.1.1 主型芯脱模力计算 因为 = l + b /t = 200/3.142.5 = 25.510，故此制件为薄壁制件。薄壁矩形类塑件的脱模力计算： F1 = 12KfcE（Tf Tj）th = 120.94960.49.810-50.885103502.560 = 2964.9N6.1.2 4-10 小型芯脱模力的计算因为 = r /t = 5/2.5 = 210 ，所以算是厚壁圆筒的受力状态，根据厚壁筒形脱模力的计算公式可得： F2 = 2rESL（f tan）4/(1+K1)K2 = 23.1450.8851030.01753（0.4-tan0）4/(1+0.33+1.6)1.0069 = 870.34N 6.1.3 总脱模力为 F = F1 + F2 = 2964.9 +870.3 = 3835.2N6.2 推出方式的确定6.2.1 采用推杆推出（1）推出面积 设10mm 的圆推杆设置4根，那么推出面积为 A杆 = d4/4 = 3.1410 = 314mm（2）推杆推出应力 根据表2-12取许用应力为12Mpa。 = F/A杆 = 3835.2/314 = 12.2Mpa 12Mpa故可采用推杆推出。但聚丙烯成型收缩率较大，易变形翘曲，柔软性好，又制件深度较大，故为使制件不发生翘曲变形采用推板推出。推件板推出时，为减少推件板与型芯的摩擦，设计时在推件板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合。为了防止推件板因偏心或加工误差而使锥面配合不良而差生溢料，推件板与凸模应进行适当预载。这样就可以保证推件板与凸模锥面准确定位。16第七章 模架的选择 根据模具型腔布局中心距和凹模嵌件的尺寸，查表7-1可确定选用带推件板的直浇口模架，查表7-4得BL = 315mm315mm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60mm。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80mm。（2）型芯固定板，按模架标准板厚取25。（3）垫块尺寸 垫块 = 推出形成 + 推板厚度+杆固定板厚度 +(5-10)mm = 110115mm ,初步定为110mm。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。（1） 模具平面尺寸400mm315mm400350（拉杆间距），校核合格。（2） 模具高度尺寸347mm，285347355（模具最大厚度和最小厚度）（3） 模具的开模行程S = 60+80+（5-10）= 145150340，校核合格。17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，每个型芯上有连根推杆，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HIPS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 = 171.938（2）塑料制品的质量 m = V = 171.938 0.91 = 156.46g（3）塑件壁厚为2.5，参考文献【1】4-34得t冷 = 30s。取注射时间t注 = 2s ,脱模时间8s，则注射周期：t = t注 + t冷 + t脱 = 40s。由此可得每小时注射次数N = 90次。（4）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量为：W = Nm = 900.15646 = 14.08/h2）确定单位质量的塑件在凝固时放出的热量Qs 查本节参考文献【1】表4-35知PP的单位热流量Qs为602kJ/。3）计算冷却水的体积流量qv设冷却水道