方盒塑料模具设计.doc

塑料模具课程（毕业）设计说明书 方盒塑料模具设计设计题目_机电工程学院_院（系）_材控_专业班级_材控一班_学号_20091175_设计人_周德进_指导教师_王荣吉_完成日期_年_月_日 目录第一部分前言第二部分设计任务书第三部分塑件成形工艺分析第四部分分型面的选择第五部分注射机的初选六部分模具的结构分析与设计第七部分成型零件的设计第八部分浇注系统的设计 第九部分成型设备的选择及校核 第十部分成型工艺参数的确定第十一部分模具特点和工作原理第十二部分设计小结 第十三部分参考资料前言一个学期的课程即将结束，为检验这一个学期以来对于塑料模设计的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即我们将努力认真的完成此次课程设计，我们的课程设计题目为：手轮注塑模具设计。本次课程设计课题来源于生产实际，应用广泛，但成型难度相对较难，模具结构相对复杂，对我们初学模具设计的学生是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。本次设计以手轮注塑模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构分析，最后是模具的设计计算等一系列模具设计的所有过程。能很好的达到学以致用的效果。在设计该模具的同时结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时使用了 AutoCAD、ProE等软件。本次课程设计得到了王荣吉老师的关心指导。正因为老师的悉心指导和帮助，我们才得以解决一个又一个难题，最后完成课程设计，在此谨代表小组全体同学向老师表示感谢。由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师和同学批评指正。注射模具设计任务书指导老师：王荣吉班级：09材控 姓名： 周德进 学号：20091175一、设计题目方盒塑料模具设计二、说明产量：50万套（大批量）颜色：自选制件技术要求：1、表面平整，无收缩凹陷。2、外表面粗糙度Ra0.81.25。3、未注尺寸公差按国标相关规定确定。4、颜色均匀一致，无黑点、杂质等缺陷，外表无明显的进料痕迹和其他划伤痕，表面平整美观。5、材料自定，原则上要求一组内，每个同学的材料要求不同。三、设计要求1、模具寿命50万模次以上，模具尽可能采用全自动操作。2、绘制模具总体装配图1张，主要零件图2-3张（凹模或凸模）。四、设计说明书的要求设计说明书要求思路清晰、重点突出，有封面、目录、章节、参考文献。说明书包括内容：（可以根据设计情况有不同）1）塑件图绘制（含塑件设计修改），计算质量、体积。2）模具结构形式与注射机的选择3）成型零部件设计4）浇注系统的设计5）导向与定位机构设计6）脱模机构设计7）温度调节系统设计8）模架选用9）模具材料选择10）参考文献五、图纸（方盒）本设计为一塑料圆盒，如图1-001所示。塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷；脱模斜度301 ；塑件材料ABS,生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。 图1-001 塑件成型工艺分析1. 塑件的分析（1） 外形尺寸 该塑件厚度为3mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合于注射成型，如图1-001所示。（2） 精度等级 每个尺寸的公差不一样，有的属于一般精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算。（3） 脱模斜度 ABS属无定型材料，成型收缩率较小，参考表中选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1 。2. ABS的性能分析（1） 实用性能 综合性能好，冲击性能、力学强度较高，尺度稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，表面可镀铬，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） 无定型材料。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方法及成型条件。 2） 吸湿性强。含水量小于0.3（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应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，选择好进料口味、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。（3） ABS的主要性能指标 其性能指标见表1-001表1-001 ABS的性能指标密度/g.cm1.021.08屈服强度/MPa50比体积/0.860.98拉伸强度/MPa38吸水率/%0.20.4拉伸弹性模量/MPa1400熔点/130160拉弯强度/MPa80计算收缩率/%0.40.7抗压强度/MPa53比热容/J/kg.1470弯曲强度/MPa1.43. ABS的注射成型过程及工艺参数（1）注射成型过程1）处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为8090下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210280；建议温度：245。 模具温度：2570。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力：5001000bar。 注射速度：中高速度。2）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，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3）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）注射工艺参数注射机：螺杆式，螺杆转速为30r/min预热温度()： 80-85 时间()： 23料筒温度（）：后段150-170中段 165-180前段180-200喷嘴温度（）： 170-180模具温度()： 50-80注射压力（MPa）： 60-100成型时间（s）：9 .6S（注射时间取1.6，冷却时间：5.7s 辅助时间：2.3s） 112制定模具的结构形式和初选注射机1分型面位置的确定 通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选在支承座的截面积最大且利于开模取出塑件的底面上，其位置如图1-2所示。2. 型腔的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搞，尺寸也较小，并且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步制定为一模二腔形式。（2）型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一摸两腔，故采用直线对称排列，如图1-0002所示。图1-0002 型腔排列形式（3）模具结构形式的确定 从上面的分析克制，本模具设计为一摸两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，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，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要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。由上综合分析可以确定选用带脱模板的单分型面注射模。3.注射机型号的确定1）注射量的计算塑件体积为：塑件质量：公式中，可根据参考文献2表9-6取1.05g/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去定准确的数值，但是可根据经验按照塑件体积的0.2倍到1倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，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（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为3) 选择注射机 根据以上的计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为20.25（由参考文献1式（4-18） 根据以上的计算，初步选择公称注射量为60,注射机型号为SZ-60/40立式注射机，其主要技术参数见表1-2理论注射容量/60锁模力/KN400螺杆直径/30拉杆内间距/295185注射压力/150移模行程/260180注射速率/（g/s）-最大模厚/280塑化能力/（g/s）-最小模厚/130螺杆转速/（r/min）-定位孔直径/ 55喷嘴球直径/mm15喷嘴口直径/3.5表1-2 注射机主要技术参数4）注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核。 查参考文献表2-1可知，该制件属于厚壁件ABS所需注射压力为80-110Mpa，所以即使选用，该注射机的公称注射压力，注射压力的安全系数,这里我们取，则：。所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积浇注系统再分型面上的投影面积A浇，A浇是每个塑件再分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍，本例中的流道较简单。分流道也较短，所以选择分流道凝料投影面积可适当取小些，这里选取A浇=0.2A塑塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积为模具型腔内的胀型力F胀，则上式中，P模是型腔的平均计算压力值，P模通常取注射压力的20%40%，所以大致范围在25Mpa40Mpa，因为材质是ABS，根据其黏度和制品的精度要求，我们选择P模为35MPA。由表1-2可知该注射机的公称锁模力为F锁=400KN模力安全系数为K2=1.11.2,这里选择。所以，注射机锁模力合格。113 浇注系统的设计 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，形状一般为圆锥形，便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。由于主流道和高温塑料熔体以及注射机喷嘴反复接触，故再设计时常设计为可拆卸更换的浇口套。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60mm，本次设计初取52mm进行计算。（2） 主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.5-1）mm=4mm（3） 主流道大端直径 ，中式中a选取4。（4） 主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1-2）mm=7.5+2=9.5mm。（5） 球面的配合高度 h=3mm。2） 主流道的凝料体积3) 主流道当量半径3）4） 主流道浇口套的形式主流道衬套是标准件可选购，主流道小端口入口与注射机喷嘴反复接触，易磨损，故对材料要求比较高，故一般将主流道衬套与定位圈分开设计，便于拆卸更换。材料选用优质钢材单独加工并进行热处理。故浇口套选用碳素钢T10A，并热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。形式如下图1-4所示。图1-4 主流道浇口套2分流道设计1）分流道的布置形式为了减少再流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低以及减少分流道的容积和压力平衡，采用平衡式分流道。如图1-7所示。2）分流道的长度根据二个型腔的结构设计，分流道长度适中，暂取。3） 分流道的当量直径 因为塑件的质量，根据式(4-16)，分流道的当量直径为 4）分流道的截面形状 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道多设计在分型面上。本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，熔体的热量散失和流动阻力均不大。5）分流道界面尺寸设梯形的下底宽度为x，底面的圆角为半径R=1mm，并根据表设置梯形的高，则该梯形的截面面积为再根据该面积与当量直径为2.5mm的圆面积相等，可得 即得 ，则梯形的上底约为 2mm，如图 1-0046）凝料体积（1）分流道的长度为（2）分流道截面积 （3）凝料体积 7）校核剪切速率（1）确定注射时间为。（2）计算分流道体积流量：（3）由公式可得到该分流道的剪切速率处于浇口主流道和分流道的最佳剪切塑料5x5x。故分流道的熔体剪切速率合格。8）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，一般去Ra1.25 2.5m。这里我们根据加工实际选取Ra1.6m，另外脱模斜度一般为510。这里取脱模斜度为8。3浇口的设计根据塑件的要求，不允许出现裂纹和变形，表面质量要求也较高，并采用一模二腔，为便于调整冲模时的剪切塑料和封闭时间，采用侧浇口，其界面形状简单，易加工，也便于试模后修正，且开设再分型面上，从型腔的边缘进料。1）侧浇口尺寸的确定（1）计算侧加工的深度。根据表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式为其中，n是塑料成型系数，ABS系数为0.7，t为塑件壁厚，这里取。为了便于试模时发现问题并进行修模处理，参照文选查找ABS的侧浇口厚度为1.21.4mm，这里我们选择浇口深度h为1.3mm。（2）计算侧浇口的宽度。根据表4-10，可得侧浇口宽度公式为：式中，n为塑料成型系数，ABS取0.7，A为凹模的内表面积。（3）计算侧浇口的长度，根据表得，可取侧浇口的长度L浇=1.00mm2）侧浇口的剪切速率的校核（1）注射时间为。 （2）计算浇口的体积流量：（3）计算浇口的剪切速率，由式（4-20）可得：，则 该矩形测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。4 校核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件体积、主流到的体积、分流道的体积（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流到的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。1）计算主流道的体积流量2)计算主流道的剪切速率 主流道内熔体的剪切速率处于浇口和分流道最佳剪切速率5x5x之间。所以主流道剪切速率校核合格。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影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴，由于该制件要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，采用球头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。1.1.4成型零件的结构设计及计算1.成型零件的机构设计（1）凹模的结构设计 凹模是成型制品外表面的成型零件。其结构可分整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。这里采用整体式。（2）凸模的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组合式两种类型。这里采用整体式型芯。2.成型零件钢材选用对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的强度、刚度、耐磨性及良好的抗疲劳性，还考虑它的机械加工性能和抛光性能。该塑件是大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。成型塑件型芯，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材也选用P20。3.成型零件工作尺寸的计算采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件图给定的公差计算。（1） 凹模径向尺寸计算 塑件外部径向尺寸的转换 ，相应的塑件制造公差故： 式中，是塑件的平均收缩率，查表1-2可得ABS的收缩率为0.30.8，所取平均收缩率 ；是系数，查表4-15可知x一般在0.50.8之间，此处取 ；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，对于中小型塑件取（2） 凹模深度尺寸计算 塑件高度尺寸的转换：塑件高度的最大尺寸 ，相应的。式中，是系数，有查表4-15可知一般在0.50.7mm之间，此处取。（3） 型芯径向尺寸计算塑件内部径向尺寸可以转换为： 故： 式中，是系数，查表4-15可知一般在0.50.8mm之间，此处取。(4) 型芯高度尺寸计算 成型塑件内腔大型芯高度。塑件尺寸转换：，相应的 故：式中，是模具尺寸计算系数，查表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取。4. 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1）凹模侧壁厚度的计算。 凹模侧壁厚度与型芯内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选，其厚度根据表4-19中的刚度公式计算。式中，p是型腔压力（MPa）;E是材料弹性模量（MPa）；h=w，w是影响变形的最大尺寸，而； 是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品种。，式中， 凹模侧壁是采用整体式，为了结构紧凑，凹模嵌件初定单边厚度选，满足要求。型腔不采用对称布置，故初步估算模板平面尺寸选用，比型腔布置尺寸大很多。完全符合强度和刚度要求。（1） 动模垫板的厚度计算。动模垫板厚度与模架的两个垫块有跨度关系，根据前面型腔的布置。模架在的范围内。垫块之间跨度大约为，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度 即： 其中， ，L是两个垫块之间的距离，约120mm；W是动模垫板的长度，取200mm;是垫块的宽度，A是2个型芯投影到动模垫板上的面积。单个型芯所受压力的面积为，四个型芯的面积为 ,综上，故动模垫板按照标准厚度取25mm。1.1.5模架的确定由于模具的凹模我整体式，根据横浇道尺寸和模具尺寸可以计算出凹模所占平面尺寸为110110mm，有考虑凹模的最小壁厚，导柱、导套的布置等，在同时参考4.12.4节中小型标准模架的选型的经验公式和表4-38，可确定选用模架序号为5号（WL=200mm355mm），模架结构为A4型。 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25mm，又到模板上要开冷却水道，还需留出足够的距离，故A板厚度取50mm。（2）B板尺寸，B板是型芯固定板，按模架标准板件取32mm。（3）C板尺寸 垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=35+20+15+510=7580，初步选定C为80mm。经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定为模架序号为号，面板为200mm355mm，模架结构形式为A4型的标准模架。其外形尺寸：宽长高=200mm355mm272mm，如图：2、模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸经过校核模具平面尺寸、模具高度尺寸和开模行程都符合要求。1.1.6脱模推出机构设计 1.推出方式的确定 本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出或两者综合推出方式，要根据脱模力计算来决定。 2.脱模力的计算 因为，所以视为薄壁方盒塑件，根据式（4-24）脱模力为：其中：F是脱模力（N);E是塑料的弹性模量（MPa），查表4-24；S是塑料成型的平均收缩率（），查表4-24；L是被包型芯的长度（mm）；是塑料的泊松比（查表4-24）；是脱模斜度（）；f是塑料与钢材之间的摩擦因数，查表4-24；r是型芯的平均半径（mm）；A是塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积当底部有通孔时，A项视为零；决定的无因次数，；。 由于凹模是采用整体式，所以可以按计算脱模力乘以一个不太大的系数，此处取1.2. 3.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 1.1.7排气槽的设计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，每个型芯上有两根或四根推杆，配合间隙可作为气体排出，不会出现顶部憋气现象。而且底