塑料盒模具设计

成型技术与模具课程设计说明书学生姓名学生班级指导教师2009年12月15日1绪论1.1 塑料注射模具简介塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。注塑成型是生产塑料制件最常用的制造方法之一，采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。塑料加工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。塑料摸是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定后，塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，常可标志一个国家工业化的发展程度。1.3 我国塑料模现状我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD 技术、CAPP 技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化；CAD、CAE、FlowCool 软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。2塑件成型的工艺性分析2.1塑件的分析（1）外形尺寸 该模具1.5mm，塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，适合于注射成型（2） 精度分析 每个尺寸的公差不一样。有的属于一般的精度，有的属于高精度，就按实际公差进行计算（3） 脱模斜度 PP属于无定型塑料，成型收缩率较大，参考教材 表2-10选择该塑件上型芯和凹模斜度为。2.2 PP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，其表面可镀铬，适合制作一般的机械零件、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方法及成型条件。 2）吸湿性强。含水量应小于0.3%（质量），必需充分干燥，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0.03mm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（3） PP的主要性能指标 见下表1-1密度/gcm-30.8510.935屈服强度/Mpa40比体积/ cm3g-11.0691.175拉伸强度/Mpa9.39-36.7吸水性/%0.02%拉伸弹性模量/Mpa694-1980熔点/164170抗弯强度/Mpa30计算收缩率(%)22.5抗压强度/Mpa45比热容(kg)1900弯曲弹性模量/Mpa694-19802.3 PP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PP的色泽、粒度和均匀度等进行检测，由于PP吸水性较大，成型前应进行充分干燥。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，其过程可分为冲模、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6070，处理时间为1620S。（2） 注塑工艺参数1） 注塑机：螺杆式，螺杆转速为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）：30（注射时间取1.6，冷却时间20.4，辅助时间8）。3 拟定模具的结构形式3.1分型面位置的确定通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上。3.2型腔数量和排列方式的确定型腔数量的确定 该塑件采用的精度一般在23级之间，且为小批量生产，可采取一模一腔的机构形式。3.3注射机型号的确定（1）注射量的计算 通过三维软件建模设计分析计算得注塑体积：V塑=49.2cm3塑件质量：m塑=V塑 =49.20.9g=44.28g公式中密度参考教材表4-44可取（2）浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不是能准确的数值，但是可以根据经验按塑件体积的0.21倍来估算。由于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0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总=V塑（1+0.2）=59.04cm3（3）选择注塑机 根据第二步计算出来的一次注入模具型腔的塑料总质量V总 =59.04 cm3，并结合教材公式4-18V公 =V总/0.8得V公=73.8 cm3.。根据以上的计算，初步选定公称注射量为104 cm3 ，注射机型号为SZ-104/100卧式注射机，其主要技术参数见下表1-2理论注射容量/ cm3104移模行程/mm螺杆柱塞直径/mm30最大模具厚度/mm300V注射压力/Mpa150最小模具厚度/mm200注射速率/gs-154锁模形式塑化能力/gs-142模具定位孔直径/mm100螺杆转速/rmin-110喷嘴球半径/mm12锁模力/kN900喷嘴口孔径/mm4拉杆内间距/mm260X360（4）注塑机的相关参数的校核1）注射压力校核。查课本表4-1可知，PP所需要的注射压力为70100Mpa，这里取P0 =80Mpa，该注塑机的公称注射压力P公 =150Mpa，注射压力安全系数k1 =1.11.3，这里取1.2，则：k1 P0 =1.280=96P公 ，所以，注塑机注射压力合格。2）锁模力校核塑件在分型面上的投影面积A塑 ，则 A塑 =70142=9940mm2（忽略倒角投影面积）浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照单型腔模的统计分析来确定。A浇是塑件在分型面上的投影面积A浇的0.10.3倍。这里取A浇=0.2 A塑 。塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则A总= A塑+ A浇=1.2 A塑 =11928 mm2模具型腔内的膨胀力F胀 P模为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2540Mpa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。PP属于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故P模取30Mpa F胀=A总P模=3011928=357840N=357.84kN查表1-2可得该注塑机的公称锁模力F锁=900kN，锁模力的安全系数为k2 =1.11.2这里取1.2，则k2F胀=1.2 F胀=1.2357.84=429.408F锁，所以该注射机锁模力合格。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。3 浇注系统的设计3.1 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体的顺利拔出。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，由于其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。（2）主流道尺寸1）主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行设计。2）主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（4+1）mm=5mm3）主流道大端直径：d=d+2L主tan8.5mm，式中=44）主流道球面半径：SR0=注射机喷嘴球头半径+（12)mm=(12+2）mm= 14 mm5）球面的配合高度：h=3mm3.主流道的凝料体积V主=/3L主（R+r+R主r主）=3.14/350（4.25+2.5+4.252.5）mm=1828.4mm=1.83cm。 4.主流道当量半径 Rn=（d+d)/4mm= 3.375mm5.主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC，如图所示3.3 浇口的设计 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于成模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。（1）侧浇口尺寸的确定（1）计算侧浇口的深度。根据表4-10，可得侧浇口的深度h计算公式为 h=nt=0.73mm=2.1mm式中，t是塑件壁厚，这里t=3mm；n是塑料成形系数，对于pp，成形系数n=0.7.在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，以便在今后试模时发现问题进行修模处理，并根据表4-9中推荐的pp侧浇口的深度为0.60.9mm，故此处浇口深度h取0.8mm。（2）计算侧浇口的宽度。根据表4-10，可得侧浇口的宽度的计算公式为B=n根号下A/30=0.7根号下6263.430cm=1.84cm2cm式中，n是塑料成形系数。 3）计算侧浇口的长度。根据表4-10，可得侧浇口的长度L浇一般选用0.72mm，这里取L浇=0.7mm。（2）侧浇口剪切速率的校核1）计算浇口的当量半径。由面积相等可得矩形浇口的当量半径R浇=（Bh/）二分之一次方。带入数据得R浇=1.847mm2）校核浇口的剪切速率确定注射时间：查表4-8，可取t=1.6s；计算浇口的体积流量：q浇=V塑/t=49.21.6=30.75cm/s计算浇口的剪切速率：由式4-20可得：浇=3.3qv/Rn，则浇=3.3q浇/Rn=3.330.751000/3.141.847=5129s-1 该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5105104 /s之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。3.4 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（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样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 Q主=（V主+V分+nV塑）/t=（1.83+49.2）1.6=31.89cm/s （2）计算分流道的剪切速率 主=3.3q主/R主=3.331.8910003.143.3753.3753.375= 871.8s-1主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率510510/s之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。3.5 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，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，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，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。5 成型零件的结构设计及计算5.1成型零件的结构设计（1）凹模的结构设计采用整体嵌入式凹模 （2）凸模的结构设计组合式凸模5.2成型零件钢材的选用选用45号钢5.3成型零件工作尺寸的计算此塑件未注上下偏差，所以以下公差都是查表所得。（1）凹模宽度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差，相应的塑件制造公差。式中，是塑件的平均收缩率，查表1-2可得聚丙烯的收缩率为1%2%,所以平均收缩率；是系数，查表4-15可知一般在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零件取（下同）。（2）凹模长度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差，相应的塑件制造公差。 式中，是系数，由查表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取。（3）凹模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差，相应的塑件制造公差。式中，是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取。（4）凸模宽度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。式中，是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取。（5）凸模长度的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。式中，是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取。（6）凸模高度尺寸的计算塑件尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。式中，是系数，由查表4-15可知一般在0.50.7之间，此处取。5.4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 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔布置，模架初选的标准模架，其厚度计算如下：式中： a=42.51（型腔内高度） c查表所得（2）凹模底板厚度的计算式中： b=50.63（型腔内宽度） 查表所得（3）动模垫板厚度的计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在这个范围之内，垫块之间的跨度大约为。那么，根据型腔布置及凸模对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即为了垫板不因弯曲应力过大而变形 ，所以垫板厚度取30mm。式中，是动模垫板刚度计算的需用变形量，；L是两垫块之间的距离，约为96mm；L1为动模垫板的长度，取250mm，A是型芯投影到动模垫板上的面积。6模架的确定根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为173.71mm100.63mm，又考虑凹模最小壁厚，导柱，导套的布局等，再同时参考4.12.4节中小型标准模架的选型经验公式和表4-38，可确定选用模架序号为3号（WL=160mm250mm），模架结构为A2型。6.1 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42mm，凹模嵌件深度10mm，又考虑在模板上还要开设冷却水道，还需要留出足够的距离，故A板厚度取63mm。2)B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架标准板厚度取30mm。3)C板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=（34.5+16+12.5+510）mm=6873mm，初步选定C为68mm。 经上述尺寸的计算，模架尺寸已确定为模架序号为5号，板面为160mm250mm，模架结构形式为A2型的标准模架。其形外尺寸：宽长高=160mm250mm217mm，如图所示。6.2 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。1） 模具平面尺寸为160mm250mm345mm345mm（拉杆距离），校核合格。2） 模具高度尺寸217mm，200mm217mm300mm（模具的最大和最小厚度），校核合格。3） 模具的开模行程S=H1+H2+（510）mm=20+32+（510）mm=5762mm300mm（开模行程），校核合格。7导向与定位结构的设计 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精度定位;而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精度定位。本模具所形成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模具本身多带的定位机构。8脱模推出机构的设计8.1设计原则（1）塑件滞留于动模边，模具开启后应使塑件及浇口凝料滞留于带有脱模装置的动模上，以便脱模装置在注射机推杆的驱动下完成脱模动作。（2）保证塑件不变形损坏，正确分析塑件对凹模或型芯的附着力的大小及其所在部位，有针对性的选择合适的脱模方法和脱模位置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。型芯由于塑件收缩时对其包紧力最大，因此推出的作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应该作用于塑件刚度和强度最大的部位，作用面也应该尽可能大一些。（3）力求保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，在采用推杆脱模时尤其要注意这个问题。8.2推出方式的确定本塑件采用推杆脱模机构。推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。塑件中心用2根推杆，底边用4根推杆。推杆端面应和塑件成型表面在同一平面或比塑件成型表面高出0.050.10。8.3脱模力的计算因为，所以此塑件为薄壁矩形塑件。 式中 E-塑料的弹性模量（1300MPa）；L -型芯或凸模被包紧部分的长度（119）；-脱模斜度（）；S -塑料成型的平均收缩率（1.5%）；f-摩擦系数，一般取0.5；t-塑件的壁厚(1.5)；-由与f决定的无因次数，；-塑料的泊松比（0.32）；A-塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（9940）。8.4推杆的直径计算及强度校核（1）推杆的直径计算取取式中-推杆长度（133.5）；-推杆长度（93）；-推杆数量，取2，取4；E-推杆材料的弹性模量（）；k是安全系数，取k=1.5。（2）强度校核所以合格。式中，是推杆材料的许用压应力（）。8.5推出机构的复位脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用复位杆复位。8.6推杆与模体的配合推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.52倍，至少大于15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的。9冷却系统的简单设计 单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W1） =1.57+49.2=50.772） m=V=50.770.9=453693g=0.04569kg3） =8s，=1.8s，=8s t= +=8+1.8+8=17.8s 由此得每小时注射次数：)202次 4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：=2020.04569=9.229kg/h 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q5 查表4-35直接可知聚乙烯的单位热流量Q5的值的范围在（590-690）KJ/kg 之间。故可取=590KJ/kg. 计算冷却水的体积流量 设冷却水道入口的水温为,出水口的水温为，取水的密度，水的比热容为C=4.187/(kg),则根据公式可得： =0.007225/min 确定冷却水路的直径d 当=0.007225/min时，根据表4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水管的直径 d=12mm。 冷却水在管内的流速 =1.