塑料模具课程设计

湖南铁道职业技术学院课 程 设 计题 目 盒盖 成形方案拟定与模具设计系 机 电 工2 程 系 专 业 模具设计 学生姓名 班级 模具设计101 学 号 指导教师 刘庚武 职称 任课教师 完成日期 2012 年 11 月 9 日设计评分标准考核项目及总分具体内容分值评分标准得分差及中良优设计过程40查阅参考资料及手册的能力1004678.510工作态度及纪律情况1004678.510基本概念、基本理论及专业知识的掌握情况1004678.510独立工作能力的表现1004678.510设计结果60规定任务的完成情明书质纸及技术文档质量200812141720设计有无独到之处或创新之处1004678.510班级模具设计学号姓名总得分指导老师签名湖南铁道职业技术学院课 程 设 计 明 细 表计：封 面 张说 明 书 页 表 格 张 插 图 幅附 设 计 图 张完成日期 2012 年 11 月 9 日目录任务一 塑件成型方案拟定、设备初选1、 任务2、 塑件工艺分析3、 塑件工艺方案拟定4、 注射设备的初选5、 塑件注射成型工艺卡的编制任务二 模具结构方案确定1、 方案初定2、 模具结构方案讨论3、 模架的选取4、 成型设备的校核任务三 绘制模具装配图1、 模具装配图的绘制2、 零件图的绘制任务四 编写模具设计计算说明书1、 模具设计计算说明书内容2、 编写说明书的基本要求3、 参考文献任务一 塑件成型方案拟定、设备初选1、 任务说明 塑件壳体如图所示： 任务要求：按照图的要求，进行放大器盖壳的塑件造型及注射模具型芯、型腔零件设计。材料：ABS，收缩率0.5%，尺寸精度MT7。2、 塑件工艺分析 1、塑件尺寸精度分析 该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT7查取公差，其主要尺寸公差要求见表。表1 塑件主要尺寸的公差要求部位尺寸尺寸公差部位尺寸尺寸公差外形尺寸80内形尺寸7435702029R517R51533R2该塑件表面没有特殊要求，一般情况下，外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到Ra0.8m，塑件内部表面粗糙度可取Ra3.2m。2、塑件的结构工艺分析 (1)从图纸上看，该塑件外形为长方体盒子，上面都倒了角R5，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。(2)塑件型腔较大，其一侧有个台阶。 (3)为塑件顺利脱模，可在塑件内部及外部设计一定的脱模斜度，图中已经注明脱模斜度为30。该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。三、塑件工艺方案拟定 1、塑件的生产批量 塑件的生产类型对注射模结构、注射模材料使用均有重要的影响，在大批量生产中，由于注射模价格在整个生产费用中所占比例较小，提高生产率和注射模寿命问题比较突出，可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单，制造容易的注射模，以降低注射模的成本。 2、塑料原材料的成型特性分析 ABS是目前产量最大、应用最广的工程塑料。ABS是不透明非结晶聚合物，无毒、无味，密度为1.021.05 gcm3。ABS具有突出的力学性能，坚固、坚韧、坚硬；具有一定的化学稳定性和良好的介电性能；具有较好尺寸稳定性，易于成型和机械加工，成型塑件表面有较好光泽，经过调色可配成任何颜色，表面可镀铬。其缺点是耐热性不高，连续工作温度约为70，热变形温度约为93，但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高；耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等多种成型加工方法。 ABS的成型特性： (1)ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干 (2)流动性中等，溢边值0.04 mm左右。 (3)壁厚、熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高。 (4)ABS比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 (5)ABS的表观黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。 (6)顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度宜取2以上。 (7)易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。 (8)易采用高料温、高模温、高注射压力成型。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080。 由设计任务书可知该塑件材料为ABS。 综上分析，该塑件可采用注射成型加工，考虑采用一模两腔、快速脱模以及成型周期不太长的模具，同时模具造价要适当控制。在注射成型生产时，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。四、注塑设备的初选 1、计算塑件体积和质量 通过三维造型可获得电器上罩壳的体积为 V80X35X20-74X29X17-70153 cm316.368cm3 ABS的密度为 1.05 gcm3 ，所以塑件的质量为 W V1.05X 16.36817.1864 g 2、根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数量 该塑件形状结构简单，是个长方体，为提高生产率，拟采用一模两腔的模具结构，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。 3、确定注射成型的工艺参数 根据该塑件的结构特点和ABS的成型性能查有关资料初步确定注射成型工艺参数，见表。 表3-6 塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度8090成型时间注射时间35时间2h保压时间1530料筒温度/后段180200冷却时间1530中段210230总周期4070前段200210螺杆转速/(r/min)3060喷嘴温度/180190后处理方法红外线灯烘箱模具温度/6080温度/70 注射压力/MPa7090时间/h244、确定模具温度及冷却方式 ABS为非结晶塑料，流动性中等，壁厚一般，因此，在保证顺利脱模的前提下，应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产效率。所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在6080。5、确定成型设备 由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，由此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为 W2X（w+w）2X （17.168+17.168X40%）48.1208 g 一般，浇注系统凝料和废料按塑件注射量的2060计算。上式中，是按40估算。根据一次注射量分析，以及考虑塑料的品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选XSZ60型塑料注射成型机，记录下XSZ60型注射成型机的主要技术参数，见表。表3-7 XSZ60型螺旋式注射机的主要技术参数序号主要技术参数项目参数数值1最大注射量/cm3602注射压力/MPa1223锁模力/kN5004动、定模模板最大安装尺寸/(mmmm)3304405最大模具厚度/mm2006最小模具厚度/mm707最大开模行程/mm1808喷嘴前端球面半径/mm129喷嘴孔直径/mm410定位圈直径/mm555、 塑件注射成型工艺卡的编制塑件注射成型工艺卡的编制如下表表3-8 塑料成型工艺卡（厂名）塑件注射成型工艺卡资料编号共 页第 页塑件名称放大器盖壳材料牌号ABS设备型号XSZ60装配型号材料定额每模件数2件零件图号单件质量/g17.19工装号材料干燥设备温度8090时间2h料筒温度/后段180200中段210230前段200210喷嘴180190模具温度/6080时间/s注射35保压1530冷却1530压力/MPa注射压力7090背压后处理温度红外线灯烘箱70时间定额/min辅助时间24h单件检验编制校对审核组长车间主任检验组长主管工程师任务二 模具结构方案确定 一、方案初定 由于该塑件结构简单，精度要求不高，生产批量中等，为提高生产效率，生产该件的模具拟采用一模两腔的单分型面注射模具结构。 二、模具结构方案讨论 1、分型面选择 不论塑件的结构如何，采用何种设计方法都必须首先确定分型面，模具结构很大程度上取决于分型面的选择。为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选择在塑件的外形的最大轮廓处。该塑件为塑料壳，外形表面质量要求较高。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺及飞边，有利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处。 2、型腔数量的确定与排列形式 对于一模多腔的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使得模具型腔对称、均衡、取件方便。由于该塑件的外形是圆形，各方向尺寸一致，另外，塑件结构简单，不需要侧向分型，所以型腔的排列方式只有一种，即左右对称分布在模板两侧，如图 所示。个 图 塑件的型腔安排 3、浇注系统设计 浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料穴等四个部分组成。考虑到塑件的外观要求高，外表面不允许有成型斑点和熔接痕，以及一模两腔的布置，ABS对剪切速率较为敏感等情况，浇口采用方便加工修整、凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口，模具采用单分型面结构两板模，模具制造成本比较容易控制在合理的范围，浇注系统设计如图 所示。 图为 浇注系统与浇口套 1）主流道和定位圈的设计 主流道与注射成型机的高温喷嘴反复接触碰撞，所以将浇口套设计成独立可拆卸更换的形式，采用优质钢材制作并经热处理提高硬度；定位圈与浇口套分开设计，如图 所示。 查塑料模设计手册得到XS一Z一60型注射成型机与喷嘴有关的尺寸：喷嘴球半径R12 mm；喷嘴孔直径d。5 mm；定位圈直径为55mm。为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，主流道与喷嘴的关系为：SRR+(12)mm，dd。+0.5 mm。主流道球面半径取SR16mm(取标准值)；主流道的小端直径d5.5 mm。 为了便于将疑料从主流道中拔出，将主流道设计出圆锥形，其斜度24，计算其大端径约为10 mm；为避免模内的高压塑料产生过大的反压力，配合段直径D不宜过大，取D25mm；同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R2的圆弧过渡；为补偿在注射成型机喷嘴冲击力作用下浇口套变形，将浇口套的长度设计得比模板厚度短0.02 mm；浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些，取R3 mm，以免淬火开裂和应力集中。 定位圈是用来安装模具时作定位用的，查资料得到XS一Z一60型注射成型机的定位圈直径为 55 mm；一般定位圈高出定模座板表面510 mm。 由于定位圈与浇口套均属于注射模具的通用件，设计者应尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。浇口套与定位圈的详细设计见后面零件图。 2）分流道 本案例采用U型断面分流道，只切削加工在一块模板上，加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大。查有关经验表格得，ABS的分流道推荐直径为4.89.5 mm，据此，该模具的分流道尺寸大小计算设计，如图 所示。 图 分流道设计 3）浇口设计 根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图 所示的侧浇口，从塑件的底侧中部进料，去除凝料时不会在塑件的外壁留下浇口痕迹，不影响塑件的外观。 图 浇口的设计L1一2.3.0mm，取2.5mmL一（0.60.90+b|/2，取2mm浇口深度t=0.52.0mm，取0.5mm浇口宽度b=（0.60.9)A/30mm,取4 4） 冷料穴设计 采用带Z形头拉料杆的冷料穴如图 所示，设置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼有开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍作侧向移动凝料便可取出。 图 冷料穴的设计 5、成型零件结构设计与尺寸计算 成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响了制件的质量，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理使其具备5055 HRC的硬度。 凹模(型腔)设计：型腔采用整体式型腔，整体式型腔是直接加工在型腔板上的，有较高的强度和刚度，使用中不易发生变形。该塑件尺寸较小，形状为圆形，型腔加工容易实现，可以采用整体式结构。 凸模(型芯)设计：型芯结构设计亦应采用组合式型芯，可以节省贵重模具钢，减少加工工作量。成型塑件内壁的大型芯装在动模板上，成型4X 6、 9孔的小型芯装在定模板上，方便型芯的制作安装、塑件的飞边去除，以及塑件内部冷却水道的排布。 1）成型零件的成型尺寸 该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，而该塑件的收缩率Scp5% 根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取： 。成型零件尺寸的计算见表。成型零件的尺寸计算 mm尺寸类别塑件尺寸计算尺寸型腔或型芯的工作尺寸径向尺寸型腔的径向尺寸 8078.253533.99R54.62型芯的径向尺寸7475.897071.702929.39R22.3轴向尺寸型腔的深度尺寸2019.53R54.71型芯的高度尺寸1515.59 2）模具型腔壁厚的确定 图 所示为整体式圆形型腔的结构图。塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具的凹模采用的是整体式圆形型腔，因此可采用整体式圆形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁S和底板厚度h，也可由表格查取经验数据确定型腔侧壁S。圆形型腔壁厚的经验数据见表 。本例2r90 mm，采用经验数据法，直接查表 ，得该型腔的推荐壁厚为50 mm。按刚度条件计算腔底板厚度h式中 P模腔内最大熔体压力，MPa，可取注射成型压力的2550，P取30 MPa； r型腔内壁半径，mm，r90 mm； E模具钢材的弹性模量，MPa，一般中碳钢F2.1X10MPa，预硬化塑料模具钢 E22X10MPa； 模具刚度计算许用变形量，m。 查表得按强度条件计算腔底板厚度h式中 模具强度计算得许用应力，MPa，一般中碳钢 160 MPa，预硬化塑料模具钢300 MPa。 根据以上刚度、强度的计算，得出型腔的壁厚要求为：型腔的侧壁厚度S50 mm，型腔底板厚度 h 41.06 mm。 6、导向方案与导向机构设计 该塑件精度要求不算高，塑件形状简单、型腔分布对称，无明显单边注射侧向力，可采用最为常见的导柱导向定位机构，在动模板、推件板、定模板间使用4对导柱，导柱的长度要确保推件板推出塑件后不脱落。 注意，导柱要比主型芯高出至少68 mm。 7、脱模方案与脱模机构设计 根据塑料仪表盖的形状特点，其推出机构可采用推板推出或推杆推出。其中，推板推出结构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高；推杆推出结构简单，推出 平稳可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观。本例中，由于在型芯中要装冷却水道，故采用推板推出机构。 8、加热与冷却装置设计与计算 该塑件为中批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产率，加之ABS塑料为结晶型塑料，成型时需要充分冷却，冷却要均匀分布。因此，该模具的凹模冷却是在定模板上开出冷却水道，采用冷却水进行循环冷却型腔；而型芯的冷却则采用内部加装铜管喷流冷却的方式，其进出水孔开在支承板上，冷却水道的分布，如图 所示。图 冷却水道的设计三、模架的选取 综合考虑本塑件采用一模两腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小、侧向抽芯机构、冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查表选取标准模板的尺寸为200 mmX355 mmX 80 mm，选用D型标准模架(GBT 125552006)。四、成型设备的校核 1、注射成型机注射压力校核 注射时螺杆施于熔融塑料单位面积上的压力称为注射压力。设计模具时，成型塑件所需的实际压力应小于注射成型机所标定的最大注射压力，即 PP式中 P一注射成型机的最大注射压力，MPa； P一成型塑件所需实际注射压力，MPa，生产实践中实际注射压力值一般为70150 MPa。 本例、中，注射成型机的最大注射压力 P150 MPa，满足上述公式要求，注射压力足够。 2、注射量的校核 在一个注射成型周期内，注塑模内所需的塑料熔体总量与模具浇注系统的容积和型腔容积有关，其值用下式汁算 m 式中 N型腔的数量； m单个制品的质量或体积，g或cm； m浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g或cm； 已知，N2，m62 .07 cm，经估算m= 40 cm，则m164 cm。 XSZ60注射成型机的额定注射量为m300 cm，为了使注射成型过程稳定可靠，应有 m(0.10.8)m 32256 cm因此，该注射成型机的注射量满足模具的要求。 3、 锁模力的校核 锁模力是指注射成型机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。注射成型机锁模力的校核关系式为 FkpA式中 F注射成型机锁模力，N，查表得XSZ60型注射成型机的锁模力为1600 kN； A塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和(浇注系统在分型面上的投影面积按塑件在分型面上投影面积0.20.5倍计算)，m2，估算得本模具的A9.4X10； p型腔内熔体的压力，MPa，查表得本塑件的p30 MPa； k一一压力损耗系数，一般取1.11.2。 计算得 kpA1.2X 30X10X 9.4X10338.4X10NH+H+(510)mm式中 S注射成型机的最大开模行程，mm，经查资料注射成型机XSZ60型的最大开模行程S380 mm； H塑件脱模所需的推出距离，mm，该塑件的脱模推出距为55 mm； H塑件的高度(包括浇注系统高度)，mm，该塑件的高度为130 mm。 计算得 H+H+(510)55十130+10195 mmS380 mm 以上分析证明，XSZ60型注射成型机能满足要求，故可以采用，根据校核结论，将XSZ60填人塑件的成型工艺卡中。 任务三 绘制模具装配图一、模具装配图的绘制 按照机械制图国家标准中的相关规定绘制塑料模装配图，准确、清晰地表达模具的基本构造及模具零件之间的装配关系是基本技能训练的重要内容。 1、作图比例和图面布置 (1)尽量采用1:1，并选择幅面大小合适的图纸绘制装配图。 (2)一般采用主视和俯视两个视图，主视图采用剖视法，俯视图画拆去定模部分后的实际投影。如两个视图还无法表达清楚，则可增加其他视图。 (3)塑件图布置在图纸的右上角，并注明塑件名称、塑料牌号等要素，标全塑件尺寸。塑件图尺寸较大或形状较为复杂时，可单独画在零件图纸上，并装订在整套模具图纸中。 (4)装配图上需标出模具的总体尺寸、必要的配合尺寸和安装尺寸，其余尺寸一般不标注。 (5)零件序号标注要求是不漏标、不重复标，引线间不交叉，序号编制一般按顺时针方向排列，字体严格使用仿宋体，字间布置均匀，对齐等。 2、标题栏及明细栏 标题栏内容应按统一要求填写。特别是设计者必须在相应位置签名。编制明细栏必须包括序号、代号、零件名称、图号(或页次)、数量、材料及热处理要求等。其中零件序号应自下往上进行排列。选材时应注明牌号并尽量减少材料种类。标准件应按规定进行标记，零件名称栏中文字应首尾两字对齐，字间距应均匀、字体大小一致等。 在绘制模具装配图的过程中，模具各结构之间的尺寸确定、各动作的协调、部件间是否干涉等问题都会得到解决。为了进一步的提高设计的效率，减少设计的失误，有条件的情况下可以应用三维造型软件进行辅助设计与校核，不仅绘制出模具二维图，还有模具三维图。最后标注装配图总长、总宽、总高及一些关键部位配合要求，写出装配图技术要求，填写完成装配图明细栏。塑料仪表盖装配图如图 所示。 图 塑料壳体装配图技术要求 1. 定模与动模安装下面的平行度按GBT12555.2和GBT12556.2的规定； 2. 导柱、导套对动、定模安装面的垂直度按GBT 12555.2和GBT 的规定； 3. 模具所有活动部分应保证位置准确，动作可靠，不得有歪斜和卡滞现象，要求固定 的零件不得相对窜动； 4. 流道转接出应用光滑圆弧连接，浇注系统表面粗糙度为Ra0.8 um； 5. 合模后分型面应紧密贴合，成型部位的固定镶件配合应紧密贴合，其间隙应小于塑件的最大不溢料间隙，间隙为0.02mm； 6开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。二、 零件图的绘制 装配图绘制完成后，由装配图拆画出各零件图，标注完整各零件的尺寸公差、几何公差、表面粗糙度及相应技术要求。 1、视图和比例大小的选择 视图选择可参照下列建议： 1)轴类零件通常仅需一个视图，按加工位置布置较好。 2)板类零件通常需主视和俯视两个视图，一般而言按装配位置布置较好。 3)镶拼组合成型零件，常画部件图，这样便于尺寸及偏差的标注。视图可按装配位置布置。 零件图比例尺大都采用1:1。小尺寸零件或尺寸较多的零件则需放大比例绘制。 2、尺寸标注的基本规范 标注尺寸是零件设计中一项极为重要的内容，尺寸标注要做到既不少标、漏标，又不多标、重复标，同时又使整套模具零件图上的尺寸布置清晰、美观。 1）正确选择基准面 尽量使设计基准、加工基准、测量基准一致，避免加工时反复换算。成型部分的尺寸标注基准应与塑件图中标注一致。 2）尺寸布置合理 大部分尺寸最好集中标注在最能反映零件特征的视图上。如对于板类零件而言，主视图上应集中标注厚向尺寸，而平面内各尺寸则应集中标注在俯视图上。 另外，同一视图上，尺寸应尽量归类布置。如可将某一模板俯视图上的大部分尺寸归类成四类：第一类是孔径尺寸，可考虑集中标注在视图的左方；第二类是纵向间距尺寸，可考虑集中标注在视图轮廓外右方；第三类是横向间距尺寸，可考虑集中布置在视图轮廓外下方；第四类是型孔大小尺寸，可考虑集中标注在型孔周围空白处。并尽量做到全套图纸一致。本章的零件设计示例图大都按照归类布置法绘制，请观察其表达效果。 3）脱模斜度的标注 脱模斜度有三种标注方法：其一是大、小端尺寸均标出；其二是标出一端尺寸，再标注角度；其三是在技术要求中注明。 4）有精度的位置尺寸 需与轴类零件相配合的通孔中心距、多腔模具的型腔间距等有精度的位置尺寸，均需标注公差。 5）螺纹尺寸及齿轮尺寸 对于螺纹成型尺寸和齿轮成型件，还需在零件图上列出主要几何参数及其公差。 3、表面粗糙度及几何公差 1)各面的粗糙度均应注明。对于多个相同粗糙度要求的表面，可集中在图纸的右上角统一标注。 2)有几何公差要求的结构形状则