塑料模课程设计

1、湖南科技大学塑料模具课程设计说明书课程设计题目： 塑料模具课程设计 学 生 姓 名： 罗啟真 学 院： 机电工程学院 专业及班级： 09级材料成型及控制工程2班 学 号： 指导 教师： 陈志钢 2013 年 1月 12 日目录(一) 摘要（3）(二) 塑件成型工艺分析（4）(三) 拟定模具的结构形式和初选注射机 （7）(四) 浇注系统的设计 （11）(五) 成型零件的结构设计及计算（16）(六) 脱模推出机构的设计（20）(七) 模架的确定（22）(八) 排气槽的设计（23）(九) 冷却系统的设计 （24）(十) 导向与定位结构的设计 （26）（十一）心得体会 （27）（十二）参考文献（28）

2、摘要在设计之前，学生已具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、模具制造工艺、塑料成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识，并已经过金工实习和生产实习，做过塑料成型实验、塑料模结构拆装实验。课程设计的基本目的是：1.加强对课堂知识的理解。通过课程设计可以使我们更熟悉书本知识，能更加熟练地运用书本知识。2.培养工程意识。通过课程设计，综合生产实际，贴近就业岗位，培养学生分析和解决机械制造工程的实际问题，培养工程意识，做到学以致用。3.训练基本技能。通过课程设计使学生掌握工艺规程和工艺装备设备设计的方法和步骤，初步具备设计工艺规程和工艺装备的能力，进一步培养学生识图、

3、绘图、计算和编写技术文件的基本技能。4.培养质量意识。技术设计是根据产品质量要求而进行的，应在保证质量的前提下，充分考虑生产率和经济性。通过课程设计，可强化质量意识，使学生学会协调技术性和经济性的矛盾。5.培养规范意识。通过课程设计，使学生养成遵守国家标准的习惯，学会使用与设计有关的手册、图册、标准和规范。1、塑件成型工艺性分析1.1 塑件的分析（1） 外形尺寸。该塑件壁厚为2mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性较好，合适于注射成型。如图1-1（2） 精度等级。塑件每个尺寸的公差不一样，任务书已给定部分尺寸公差，未标注公差的尺寸去公差为MT3。（3） 脱模斜

4、度。PP的成型性能良好，成型收缩率较小，选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1。图1-1圆管接头1.2 PP工程塑料的性能分析共聚物型的PP材料有较低的热变形温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度，PP的冲击强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。PP的熔体质量流动速率（MFR）通常在1100。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚型的抗冲强度比均聚型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.62.0%。通常采用加入玻璃纤维、粉

5、体添加剂或弹性体的方法对PP进行改性。加入30%的玻璃纤维可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。1.3 PP的注射成型过程及工艺参数注塑机选用：对注塑机的选用没有特殊要求。由于PP具有高结晶性，需采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按3800来确定，注射量20%-85%即可。干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。干燥温度为80-100。时间为3-4h。熔化温度：PP的熔点为160-175，分解温度为350，但

6、在注射加工时温度设定不能超过275。熔融段温度最好在240。模具温度：模具温度40-80，对于尺寸要求较高的用高模温，型芯温度比型腔温度低5以上。注射压力：采用注射压力（70-120p/MPa）和保压压力（约为注射压力的80%）。大概在全行程的95%时转保压，用较长的保压时间。注射速度：为减少内应力及变形，应选择高速注射，但有些等级的PP和模具不适用（出现气泡、气纹）。如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。流道和浇口：流道直径4-7mm，针形浇口长度1-1.5mm，直径可小至0.7mm。边形浇口长度越短越好，约为0.7mm，深度为壁厚的一半，宽度为壁厚的两倍，

7、并随模腔内的熔流长度逐肯增加。模具必须有良好的排气性，排气孔深0.025mm-0.038mm，厚1.5mm，要避免收缩痕，就要用大而圆的注口及圆形流道，加强筋的厚度要小（例如是壁厚的50-60%）。均聚PP制造的产品，厚度不能超过3mm，否则会有气泡（厚壁制品只能用共聚PP）。熔胶背压：可用5bar熔胶背压，色粉料的背压可适当调高。制品的后处理：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。1.4 注射工艺参数（1） 注射机：螺杆式，螺杆转速为48r/min。（2） 料筒温度t/：前段200230；中段180200；后段160180。（3） 模具温度t/：4080（4） 注射压力（p/

8、MPa）：70120。（5） 成型时间（s）：50（注射时间初取3，冷却时间取35，辅助时间取12）。2、拟定模具的结构形式和初选注射机2.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端面截面积最大且利于开模取出塑件的地平面上，其位置如图2-1所示。图2-1 分型面的选择2.2 型腔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高，塑件尺寸较小，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，初步定为一模两腔结构形式。（2）型腔排列形式的确定。由于该模具选择的是一模两腔，其型腔中心距的确定见图

9、2-2及说明。图2-2型腔数量的排列布置（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，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推杆推出方式。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。由上综合分析可确定采用大水口的但分型面注射模。2.3注射机型号的确定2.3.1 注射量的计算通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图2-3所示。塑件体积：塑件质量：2.3.2 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.

10、2倍到1倍来估算。由于本次设计采用的流到简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑料件体积的0.5被来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为：2.3.3 选择注射机根据以上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,有参考公式。根据以上的计算，初步选择公称注射量为SZ-60/40卧式注射机，其主要技术参数见表2-1。表2-1注射机主要技术参数理论注射量60拉杆内向距螺杆柱塞直径30移模行程250注射压力180最大模具厚度250注射速率70最小模具厚度150塑化能力35锁模形式双曲肘螺杆转速0-200模具定位孔直径80锁模力400喷嘴球直径SR10喷嘴孔直径32.3.4 注射机的相关参数

11、的校核1）注射压力校核。查参考文献可知，PP所需注射压力为70-120MPa，这里取,该注射机的公称注射压力，注射压力安全系数，这里取，则 所以，注射机注射压力合格。2）锁模力校核塑件在分型面上的投影面积浇注系统在分型面上的投影面积，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积数值，可以按照多型腔模具的统计分析来确定。是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2-0.5倍。由于本设计的流到较简单，分流道相对较短，因此流到凝料投影面积可以适当取小些。这里取。塑件和浇注系统在分型面上总得投影面积，则模具型腔内的胀型力，则式中，是型腔的平均计算压力值。是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%-40%，大致

12、范围为30MPa-60MPa。对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。故取40MPa。由表2-1可知该注射机的公称锁模力，锁模力的安全系数为这里取，则取，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。3、浇注系统的设计3.1主流道的设计3.1.1 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60mm。本次设计中初选50mm进行计算。（2）主流道小端直径。（3）主流道大端直径。（4）主流道球面半径。（5）球面的配合高度。3.1.2 主流道的凝料体积3.1.3 主流道当量半径3.1.4 主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件

13、可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬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。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。如图3-1所示。定位圈的结构由总装图来确定。图3-1 主流道浇口套的结构形式3.2 分流道的设计3.2.1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减低，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。如图3-2所示。图3-2 分流道布置形式3.2.

14、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，如图3.2所示。3.2.3 分流道的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。 3.2.4 分流道界面尺寸设梯形的上底面宽度为（为了便于选择刀具）。地面圆角的半径，梯形高度取，设底面宽度为b，梯形面积应满足如下关系式。代值计算得b=3.813mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减少及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算梯形斜度。3.2.5 凝料体积（1）分流道的长度为（2）分流道截面积（3）凝料体积考虑到圆弧的影响取3.2.6 校核剪切速率（1）确定注射时间：可取（2）计算单边分流到天际流量：（

15、3）根据剪切速率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之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。3.2.7 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，一般取即可，此处取。另外其脱模斜度一般在510之间，通过上述计算脱模斜度为10.6，脱模斜度足够。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，为便于调整充模时剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。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。3.3.1 侧浇口尺寸的确定（1）计算侧浇口的深度。根据公式，可得侧浇口的深度h计算公式为式中：t为塑

16、件壁厚，这里t=2mm，n为塑件成型系数取n=0.6为了便于今后试模时发现问题进行修模处理，并根据推荐的PP侧浇口的厚度为0.8-1.1mm。故此处浇口深度h取1.0mm。（2）计算侧浇口的的宽度。可得侧浇口的宽度B的计算公式为：式中：n为塑料成型系数，取0.6,A为凹模的内表面积。（3）计算侧浇口的长度。可取侧浇口的长度。3.3.2 侧浇口剪切速率的校核（1）确定注射时间：可取（2）计算浇口的体积流量：；（3）计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：剪切速率合格式中：为矩形浇口的当量半径，即该矩形侧浇口的剪切速率比较大，首先把浇口面积适当做小一点，通过试模根据塑件成型情况来调整。3.3.3 冷

17、料穴的设计及计算冷料穴位于主流道真对面的动模板上，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。本设计有主流道冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力使凝料从主流道村套中脱出。4、成型零件的结构设计及计算4.1 成型零件的结构设计4.1.1 凹模的结构设计。凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式，组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式凹模，如图4-1所示。图4-1 凹模嵌件结构4.1.2 凸模的结构设计（型芯）。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。该塑件采用组合式型芯，如

18、图4-2所示。图4-2 凸模结构4.2 成型零件钢材的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钢材选用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，因此钢材选用P20钢，进行渗氮处理。4.3 成型零件工作尺寸的计算采用如下公式：（1）型腔径向尺寸（2）型芯径向尺寸（3）型腔深度尺寸和型芯高度尺寸（4）中心距尺寸4.3.1 凹模径向尺寸的计算。mm，相应的塑件制造公差式中：为塑件的平均收缩率，查资料可得PP的收缩率为1.6%2.0%，所以其

19、平均收缩率，为系数，取，是塑件上相应尺寸的公差，是上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取。4.3.2 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，相应,塑件底面凸缘的基本尺寸为6mm未注公差，属于A类尺寸按MT3级进行计算，相应的4.3.3 型芯径向尺寸计算。厚度尺寸为，型芯长度未标注公差，属于A类尺寸按MT3级计算，由计算公式得： 4.3.4 型芯高度尺寸计算。塑件内腔高度尺寸转换。型芯高度未标注公差，属于A类尺寸按MT3级计算，4.4 成型零件尺寸计算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，其厚度根据下公式计算：式中：为型腔压力（MPa）；为材料的弹性

20、模量（MPa），为影响变形的最大尺寸，而，为模具刚度计算许用变形量。凹模嵌件初定单边厚选15mm。由于壁厚不能满足21.94mm要求。所以凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中，有模板和型腔共同来承受型腔压力。5、脱模推出机构的设计5.1脱模力的计算5.1.1 主型芯脱模力。因为型腔面积比较大，且比厚度小于10，所以此处视为厚壁圆筒塑件，根据脱模力计算公式得： 5.1.2 小型芯脱模力。 因为，所以也是厚壁圆筒的受力状态，同样根据上式求得脱模力为：式中塑料的拉伸弹性模量（MPa） 塑料成型的平均收缩率（%） 塑件的壁厚（mm） 被包型芯长度（mm） 塑料的泊松比 脱模斜度（） 塑件与钢材之间的摩擦

21、因素 型芯的平均半径（mm） 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（） 无因次数5.2 推出方式的确定5.2.1 采用推杆推出（1）推出面积。设8mm的元推杆设置8根，那么推出面积为（2）推杆推出应力。许用应力 符合条件。5.2.2 采用推板推出推板推出时为了减少推板与型芯的摩擦，设计时在推板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，为了防止推板因为偏心或加工误差而使用锥面配合不良而产生溢料，推板与凸模（型芯）应进行适当预载，这样也就保证了推板与凸模锥面准确定位。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计算出凹模嵌件所占的平面尺寸为，型腔所有所占平面尺寸为，利用经验得

22、，因此需要采用的模架。如下图6-1图6-1 模架结构尺寸7、排气槽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下充满型腔，每个型腔上有半合模分型，其配合间隙可作为气体排出方式，不会在底部产生憋气现象。同时，底面的气体会沿着分型面、型芯和垫板之间向外排出。8、冷却系统的设计冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计是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体固定所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。8.1 冷却介质PP属于流动性较好的材料，其成型温度及模具温度分别为170和4080，热变形温度80100。所以模具温度初步选定为50，用常温水对模具

23、进行冷却。8.2 冷却系统的简单计算8.2.1 单位时间内注入模具中的塑件熔体的总质量塑料制品的体积塑料制品的质量塑件壁厚为2mm，得。取注射时间，脱模时间，则注射周期：由此得每小时注射次数次。单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：。8.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量PP的单位热流量的值的范围在（560620）kJ/kg之间，故可取。8.2.3 计算冷却水的体积流量设冷却水道入水口的水温为，出水口的水温度为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得：8.2.4 确定冷却水路的直径当时，为了使水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径。8.2.5 冷却水在管内的流速 合理8.2.6 求冷却水管壁与水交界面的膜转热系数因为平均水温为23.5，可得，则有8.2.7 计算冷却水道的导热总面积8.2.8 计算模具冷却水管的总长度9、导向与定位结构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的合模导向和脱模结构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈与注射机相配合，使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因