塑料成型模具设计课程设计工具盒注塑成型工艺与模具设计

1、塑料成型模具设计课程设计设计说明书工具盒注塑成型工艺与模具设计起止日期： 2011 年 12月 12 日 至 2011 年 12 月 25 日学生姓名班级材料成型xxx班学号成绩指导教师(签字)机械工程学院11年 12 月 22日目 录课程设计任务书及附图····························

2、3;···············································1第1章 塑料成型工艺性分析&#

3、183;·················································&#

4、183;··················3 1.1 塑件分析·····························

5、3;·················································

6、3;··················31.2 性能分析······························&

7、#183;·················································&

8、#183;·················31.3 注射工艺参数······························&#

9、183;·················································&#

10、183;·········4第 2 章 分型面位置的分析和确定·····································&#

11、183;·····················52.1分型面的选择原则··························&#

12、183;·················································&#

13、183;·······52.2分型面选择方案········································

14、83;···············································5第 3 章 塑件型腔数量及排

15、列方式的确定··············································63.1 数量··

16、;··················································

17、;··················································

18、;·63.2 排列方式···············································&#

19、183;················································6第 4 章 注

20、射机的选择和有关工艺参数的校核·····································64.1 所需注射量的计算········&#

21、183;·················································&#

22、183;······················74.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算················74.3 注射机型号的选定····

23、··················································

24、·························· 74.4 有关工艺参数的校核·····················

25、83;·················································

26、83;······8第5章 浇注系统的形式选择和截面尺寸的计算··································95.1主流道的设计····&

27、#183;·················································&

28、#183;····································105.2冷料穴的设计···········&#

29、183;·················································&#

30、183;·····························115.3分流道的设计··················

31、83;·················································

32、83;······················125.4浇口设计··························

33、··················································

34、······················145.5浇注系统的平衡··························

35、··················································

36、···········14第6章 成型零件的设计及力学计算····································

37、····················156.1成型零件的结构设计···························

38、3;················································156.2成型零件工

39、作尺寸计算·················································&

40、#183;······················156.3成型零件的强度及支撑板厚度计算························

41、;······························17第7章 模架的确定和标准件的选用·················

42、;·····································18第8章 导向机构的设计··········

43、3;·················································

44、3;···············19第9章 脱模机构的设计································

45、83;············································20第10章 温度调节系统的设计···

46、;··················································

47、;·············21第11 章 模具总体结构··································

48、83;··········································23第12章 设计总结·····

49、3;·················································

50、3;·······························24参考文献·················

51、3;·········································.········

52、83;···································25湖南工业大学课程设计任务书2011-2012学年第1学期机械工程学院材料成型与控制工程专业材料成型xxx班级课程名称：塑料模具设计题目：工具盒注塑成型工艺及模具设计完成期

53、限：自2011年12月12日2011年12月25日共2周内容及任务1、独立拟订塑件(见产品附图)的注塑成型工艺，正确选用成型设备；2、合理设计模具结构，绘制注射模具总装图一张（cad绘制成a1图幅）；3、合理设计模具零件图结构，绘制注射模具零件图纸3张（cad绘制成a4图幅）；4、编写设计计算说明书一份（a4幅面，20页左右）进度安排起止日期工作内容12.12设计准备工作12.13拟订设计方案12.14至12.16装配草图的绘制12.17至12.18装配图的绘制12.19至12.21零件工作图的绘制12.22至12.24编写设计说明书2011.12.25答辩主要参考资料1黄虹主编.塑料成型加工

54、与模具.北京:化学工业出版社.20022王善勤主编.塑料注射成型工艺与设备.北京:中国轻工出版社.2000.33屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京:机械工业出版社1996.44塑料模具技术手册编委会.塑料模具技术手册.北京:机械工业出版社.1997.65何忠保等编.典型零件模具图册.北京:机械工业出版社.2000.116钱可强.机械制图.北京:高等教育出版社.2003.67廖念钊,古莹庵等.互换性与技术测量.北京:中国计量出版社.2000.1指导教师（签字）：_ 年 月 日系(教研室)主任(签字)：_ 年 月 日 塑件产品附图图号材料尺寸序号abcdefghij03p/p>

55、241407244244工具盒三维图工具盒二维图技术要求:1、塑件外表光滑，不得翘曲变形；2、脱模斜度30-1°；3、中批量生产；4、未注圆角r1-r2。第1章 塑料成型工艺性分析1.1塑件分析 该塑件为工具盒,所用材料为pp(聚丙烯),无颜色要求, 塑件外表光滑，不得翘曲变形，生产批量为中批量。工具盒由上下组成，侧面由三个连接件连接在一起，两个盖子合拢时，上盖侧面凸起部分可与下盖扣合。由于制品只有一处凹槽，可依靠成型顶杆成型并将其顶出，制品靠自重即可落下，因此无侧抽芯机构。 由塑件图分析可知,精度未注,采用一般精度6级。所用塑料为聚丙烯,该塑料化学稳定性好，耐寒性差，光，氧作用下易

56、降解，机械性能比聚乙烯好,塑件外表光滑不得翘曲变形设置有脱模斜度30 1。1.2性能分析 使用性能综合性能好，机械性能比聚已烯好；耐寒性差，光、氧作用下易降解；化学稳定性好，但不耐酸。广泛应用于制造塑料管塑料板，片，透明薄膜，塑料绳,绝缘零件配件，日用品等。 成型性能 （1）易变形翘曲； （2）流动性好； （3）成型性能好；（4）尺寸稳定性好；（5）柔软性好，有“铰链”特性。主要性能指标表1-1常用热塑性塑料的主要技术指标 数据源自参考文献1 表9-6密度0.900.91g/cm3比体积1.101.11cm3/g吸水率0.010.83 24h/%计算收缩率1.03.0%熔点170176oc热变

57、形t0.46 mpa102115 oc抗拉强度37mpa0.185mpa5667 oc抗弯强度67.5mpa热扩散率0.065 m2/s硬度hb8.65 r95105比热容1.926 kj/(kg. oc)体积电阻系数10 16击穿强度301.3注射工艺参数 表- 源自参考文献1表13-3注射成型机类型螺杆式转速48r/min料筒温度前段 160180 中段180200 后 段 200220 预热干燥温度80100模具温度8090喷嘴形式直通式注射压力mpa70100保压力mpa4050注射时间s2060高压时间s03成型周期s50160冷却时间s2090第 2 章 分型面位置的分析和确定2.

58、1分型面的选择原则 在塑件设计阶段,就应该考虑成型时分型面的形状数量,否则就无法用模具成型。在模具设计阶段,应首先确定分型面的位置,然后才选择模具的结构。分型面选择是否合理,对塑件质量工艺,操作难易程度和模具设计制造有很大影响。因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。选择分型面总的原则是保证塑件质量,且便于制品脱模和简化模具结构:由参考书1可知 .分型面的选择应便于塑件脱模和简化模具结构,选择分型面应尽量使塑件开模时留在动模; .分型面应尽可能选择在不影响外观的部位,并使其产生的溢料边易于消除和修整; .分型面的选择应保证塑件尺寸精度; .分型面选择应有利于排气; .分型面选择应便于模具

59、零件的加工; .分型面选择应考虑注射机的规格2.2 分型面选择方案 根据该塑件的形状,分型面选择的方案有如下几种,分析比较如下:(1) 分型面选择方案.如图所示方案1：方案2： 图-根据需要对分型面的分析得出选择方案1比较合理，因为分型面与开模方向平行,置于最大截面处,塑件包紧在动模型芯上。利用推出机构易于推出,开模行程合理,模具结构简单,制造方便,塑件成型精度高,能够满足要求。 模具结构简单，塑件成型精度可靠。第 3 章 塑件型腔数量及排列方式的确定3.1 数量分型面确定以后,就需要考虑是采用单型腔模还是多型腔模。一般来说,大中型塑件和塑件精度要求较高的小型塑件优先采用一模一腔的结构。塑料的

60、品种形状尺寸及塑件的生产成本,所选用的技术要求和规范,选择一模一腔。3.2 排列方式多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式。由于型腔布置方式与浇注系统布置密切相关,因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以考虑:型腔的布置应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需要的足够的压力;型腔与主流道之间的距离应尽可能的短,同时采用平衡的流道和合理的尺寸以及均匀分布的冷却系统等,综上所述, 采用一模一腔的结构即可，不要采用特殊的排列方式，只要将其摆放合理。第 4 章 注射机的选择和有关工艺参数的校核 注射模是安装在注射机上使用的工艺装备,因此设计注射模是应该详细了解现有注射机的技术规格才

61、能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是依据塑件的大小及型腔的数目和排列方式,在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下,设计人员应对模具所需的注射量,锁模力,注射压力,拉杆间距,最大和最小模具厚度,推出形式,推出位置,开模距离等进行计算。4.1所需注射量的计算 塑件质量和体积的计算 对于该设计,用户提供了塑件样图,据此进行三维见建模,对其分析得: 塑件体积v1159.2cm3 塑件质量m1v10.90g/cm3×159.2cm3143.28g 浇注系统凝料体积的估算 可按塑件体积的0.6倍计算,所以浇注系统凝料体积为 v2v1×0.6159.2 cm3×

62、0.695.52 cm3 该模具一次注射所需塑料 体积v0v1+ v2159.2 cm3+95.52 cm3= 254.72cm3 质量m0v00.90g/cm3×254.72cm3=229.25g4.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积为a2,在模具设计前是个未知数,根据多型腔模的设计分析,a2是每个塑件在分型面上的投影面积a1的0.2-0.5倍,因此可用0.3 a1来进行计算,所以 a = n a1+ a2= n a1+ 0.3na2 = 1.3n a1 a1 = 43424mm2 a =1.3×43424=

63、56451.2 mm2 则fm = a×p型 =56451.2×25 =1411280n = 1411.28kn 其中p型由文献1表2-2查得4.3 注射机型号的选定根据上面计算得到的m 和fm值来选择一种注射机,注射机的最大注射量(额定注射量g)和额定锁模力f应满足 为注射系数,无定型塑料取0.85,结晶型塑料取0.75f>fm上述数据查附录61选注射机型号为xs-zy-300,基本参数如下表-1螺杆直径60mm额定注射量320mm3额定注射压力775mpa注射行程150mm合模力1500kn最大开模行程340mm顶出行程700mm最大模具厚度355mm最小模具厚度

64、285mm孔直径24.5定位孔直径喷嘴球半径sr18mm两侧孔距530mm4.4 有关工艺参数的校核 按注射机的最大注射量校核型腔数量，公式源自参考文献1式2-7 k注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8t成形周期sm注射机的额定塑化量（g/h或/h） 浇注系统凝料所需塑件的体积cm3 单个塑件的体积cm3左边 = 1,右边= 满足要求 注射量的校核 根据生产经验,注射机的最大注射量是其允许最大注射量的80%,由此有 0.8 公式源自参考文献2式3-12 注射机允许的最大注射量cm3 浇注系统所需塑件的体积cm3左边 = 254.72 cm3 右边 = 80%×320 = 256c

65、m3满足要求 锁模力的校核 锁模力必需大于该模的胀型力,即fapk0 公式源自参考文献2式2-11p型形腔平均压力,选用表源自参考文献2表2-2k0锁模力安全系数,一般取k0= 1.1-1.2取1.2左边 = 1411.28kn 右边 = 43424n=1302.72kn 满足要求 注射压力的校核 所选注射机额定注射压力为775mpa,该塑件的注射压力为70-100mpa,由于选用的是螺杆式注射机,其注射压力的传递比柱塞式要好,注射压力选用90mpa,注射应满足 pmaxkp0 公式源自参考文献2式2-10 式中: max注射机额定注射压力 p0注射成型时所用的注射压力k安全系数,常取k =

66、1.25-1.4取1.3左边 = 775mpa 右边 =1.4×90 = 126mpa满足要求 模具厚度的校核 模具厚度指模板闭合后达到规定锁模力时,动模板与定模板之间的距离 模具厚度h应满足: hminhhmax对于所选注射机 式中hmin = 150m, 而模具厚度为h = 25+40+50+50+80+25 = 270mm 满足要求 开模行程的校核 xs-zy-300为全液压式注射机,注射机最大开模行程与模具厚度有关,必须满足 sk-hms sk 注射机的最大开模行程 hm 模具闭合高度 s 开模距离 对于单分型面 s = h1+h2+(5-10) = 65+63+8 = 13

67、6mm即skhm+s = 243+136 = 379满足要求综上,注射机选择合理,能够满足使用要求第5章 浇注系统的形式选择和截面尺寸的计算 所谓浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道。浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两类。普通浇注系统由主流道。分流道.浇口.冷料穴四部分组成。浇注系统的作用是使来自注射模喷嘴的塑料熔体平稳而顺利的充模,压实,保压。5.1 主流道的设计 主流道是浇注系统中从喷嘴与模具相接触部位开始,到分流道为止的塑料熔体的流动通道,属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具中的过渡阶段,因此它的形状和尺寸非常重要。 主流道部分在成型过程中,其小端入口处

68、与注射机喷嘴及一定温度和压力的塑料熔体冷热交换的反复接触,属于易损件,对材料的要求高,因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式-浇口套 主流道部分尺寸如下: 1） 主流道小端直径 d = 注射机喷嘴直径 + (0.5-1)= 4+ 1 = 5mm 2） 主流道球面半径 sr = 注射机喷嘴球面半径 + (1-2) = 18 +2 = 20mm 3） 球面配合高度 h = 3- 5 取h = 4mm 4） 主流道锥角 =2°-6°取=4° 5） 主流道长度 l 尽量60mm 取l=40mm 6） 主流道大端直径 d = d + 2ltg=12mm7）主流

69、道衬套形式如下图:主流道衬套的材料采用t8a钢，热处理淬火后表面硬度为50hrc-55hrc图-8）主流道凝料体积 =9）主流道剪切速率校核由经验公式 5（参考文献1公式2-19）2269.6<5式中 2.4+2.94+159.2=164.54故满足要求.5.2 冷料穴的设计冷料穴的作用是贮存两次注射间隔而产生的冷料及熔体流动前锋冷料,以防止熔体冷料进入型腔。冷料穴一般设置在主流道的末端,当分流道较长时,在分流道的末端有时也设冷料穴。同时冷料穴兼有分模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出并滞留在动模一侧。本设计采用推板脱模机构,采用代球形头的冷料穴,适用于弹性较好的pp。5.3 分流道的设计

70、 1) 分流道的布置形式分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多种不同的形式,但应遵循两个方面的原则:一是排列紧凑,缩小模板尺寸,二是流程尽量短,锁模力均匀。该流道布置采用平衡式,其布置形式图示即为最佳:图- 2) 分流道的长度 长度应尽可能短,结合模具尺寸结构,取分流道长度l1= 40mm. l2= 15mm 3) 分流道形状及尺寸 圆形分流道截面积虽然效率高,但其是以分型面为界分成两半进行加工才利于凝料脱出,因而其加工工艺性不佳,不予采用。许多模具设计采用梯形截面,加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失,流动阻力均不大,一般采用如下公式（参考文献1公式2-20，2-21）可确定截

71、面尺寸,即 式中 b-梯形大底面的宽度(mm) m-塑件质量(g) l-分流道的长度(mm) h-梯形高度注:上述公式的适用范围,塑件厚度在3.2mm以下,质量小于200g,且b的计算结果在3.2mm-9.5mm才合理.取b=8mm符合公式的应用范围,可以采用。其截面形状尺寸如图所示:图- 凝料体积分流道长度 l=40+15×2=70mma=凝料体积 4) 分流道表面粗糙度 分流道表面不要求太光洁,表面粗糙度常取re = 0.631.6um,这可增加对外层塑料熔体流动阻力,使外层塑料冷却塑料皮层固定形成绝热层,有利于保温 5) 分流道与浇口连接形式分流道与浇口采用斜向与圆弧连接,这样

72、有利于塑料的流动与填充,防止塑料流动产生反压力,消耗动能。6)分流道的修正 在同一副模具上成型两种大小不同的塑件时,为了保证在注射时,熔体能同时充满大小不同的型腔,这时单独使用修正浇口大小,不一定能达到均衡充模的效果,必要时,需对分流道进行修正.7)分流道剪切速率校核由经验公式 （参考文献1公式2-19故满足要求5.4 浇口设计 浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道,是浇注系统的关键部分,起着调节控制料流速度,补料时间及防止倒流等作用。浇口的形状.尺寸.位置对塑件的质量产生很大的影响。 类型及位置的确定 该模具是中小型塑件的多型腔模具。有塑料顾问分析可知,选择在sr20与分型面交界处合理。类

73、型选用常用的点浇口,这类浇口容易去除. 浇口的结构尺寸经验数据点浇口的大小由其直径确定 （参考文献1表2-5） 式中 n为塑料系数pp=0.6 a型腔表面积cm2 k为系数,塑件壁厚函数,取0.3 d=0.6×0.3×=2.58mm 取d=3mm a=43424为 故满足要求.5.5浇注系统的平衡对于该模具,从主流道到各个型腔和分流道的长度相等,形状及截面尺寸相同,各个浇口也相同,浇注系统显然是平衡的。第6章成型零件的设计及力学计算 模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。在本设计中成型零件就是球柄外壁的型腔和筋板处型芯及中间深孔处型芯。6.1 成型零件的结构设

74、计 型腔.型腔采用整体式,用机械加工方法易于成型,结构简单,牢固不易变形。塑件无拼接缝痕迹,适用于简单形状的塑件。 型芯. 型芯采用镶块式结构，并且将其嵌入型心固定板内。6.2 成型零件工作尺寸计算成型零部件工作尺寸计算有平均值法和公差带法两种。本设计为便于计算采用平均值法。塑件尺寸按一般精度取6级,除中心孔已注公差外,在计算之前,将各个尺寸按入体原则注上公差.在下列各式中：为塑件外形公差值scp为 塑件平均收缩率 (1.5-3.0)%,取scp = 2.5%z 为制造公差,取z = ls、ls、hs、hs为 塑件的外形基本尺寸 型腔径向尺寸长度方向代入数值有宽度方向代入数值有 型腔深度方向尺

75、寸代入数值有 上、下盖型芯径向尺寸代入数值有 上盖型芯高度尺寸代入数值有下盖型芯高度代入数值有 盒内两凸台凹模的径向尺寸代入数值有6.3成型零件的强度及支撑板厚度计算 型腔侧壁厚度 该型腔侧壁厚,因其直接为定模板,可按整体式圆形型腔，参考文献2表4-12 p型腔压力mpa,一般为2545mpa,取30 mpac 与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/l1有关系数见参考文献2表达方式4-15 取 0.930 刚度允许的变形量(mm)由表4-13选取 ,取0.03 e模具材料的弹性模量度(mpa),碳钢为 考虑到导柱的长度和安装尺寸,预定的40mm显然满足上述尺寸,完全可满足强度和刚度条件 型腔底版

76、厚度 按强度条件计算:参考文献2 表4-12与短边长与长边边长之比l2/l1决定系数,见表4-16,取0.0209 =40.5mm所以型腔底板取厚度45mm,满足要求。第7章 模架的确定和标准件的选用以上计算内容确定以后,便可根据计算结果确定模架。在生产中尽量选用标准模架,这样可大大缩短模具制造周期,提高企业经济效益。现有标准模架选型的经验方法:根据塑件在分型面上投影的面积或周边尺寸(型腔不带镶件),以塑件布置在推杆推出范围之内及复位杆与型腔保持一定距离为原则来确定模架大小.塑件投影宽度 塑件投影长度 复 式中常数10为推杆与垫块之间的双边距离，参见图75参考文献1 20为复位杆与型腔之间 的

77、双边之间距离参见图75参考文献1 根据上式可求得和这两个参数，再对照中小型标准模架尺寸系列中相应参数就可以确定模架大小和型号了。 塑件型腔平面尺寸为244mm184mm，用点浇口，塑件用推出杆推出。 根据模板有效使用面积，可可求得，于是查得参考文献1表71得=194，因此取b=415，d=20, 于是查得参考文献1表71得=325, l=400故所选的模架为= ，型模架。 模架结构如下：图7-1a=40mmb=50mmc=80mm,则总高h=25+40+50+50+80+25=270 mm 模架外形尺寸长宽高为：第8章 导向机构的设计 导向机构主要用于保证动模和定模两大部分及其他零部件之间的准

78、确对合。导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式,设计的基本要求是导向精确,定位准确,并且有足够的强度,刚度和耐磨性,多采用导柱导向机构。 动定模合模导向机构 设计时将导柱置于动模,其导向部分尺寸由资料查得直径为16mm。.导柱与动模板的配合精度及导套与定模板的配合精度在装配图中得以体现。 推出板的导向 推出板在推出塑件过程,必须采用导向机构以使塑件受力均匀,保证塑件不变形,其导向本设计采用与动定模合模导向机构合二为一的设计,原因是厚度不大,运动距离不大,以节约材料。 顶板的导向由于设计时采用推管推出机构,推管不仅起了推出塑件的作用,还起了对顶杆导向的作用,无需另设导柱导套而使模具机构复杂而且

79、成本提高。根据参考文献2选取标准导柱的形式如下图所示：选取标准导套的形式如下图所示：导柱导套的尺寸根据所选模规定的尺寸选取。第9章 脱模机构的设计注射成型每一循环中,塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出,完成脱出塑件的装置称为脱模机构也称推出机构。1) 脱模机构的设计原则塑件推出(顶出)机构是注射成型过程中最后一个环节,推出质量的好坏将最后决定塑件的质量,因此,塑件的推出不可忽视。在设计推出脱模机构时应遵循以下原则:.为了推出结构简单、可靠、开模时应使塑件尽量设置在动模的一侧，以利用注射机运动部分的顶杆或者液压缸的活塞推出上塑件;.保证塑件不因推出而变形损坏及影响外观，这是脱模机构最基本的要求。在设计是必须正确分析塑件对模具黏附力的大小和作用位置，以便选择合适的脱模方式和恰当的推出位置，使塑见平稳脱出。同时推出位置应尽量选择