带底孔圆筒形塑件注塑模设计

1、注塑模课程设计说明书10 号直筒带底孔圆塑件注射模设计院系航空航天工程学部专业 飞行器制造工程（钣金与模具）班号04030202学号20100403020XX姓名指导教师沈阳航空航天大学2013 年 12 月技术要求：1. 脱模斜度为 0.5°；2. 未标注圆角为 R1；3. 公差按 6 级精度选用；4. 塑件表面光滑无划痕；5. 塑件内部无集中气孔。10 号塑件2:1聚氯乙烯30 万件摘要该模具是圆筒形零件的注射模具。 从零件图看， 制件比较简单， 没有苛刻的精度要求和尺寸公差要求， 因此对模具的要求也较低。 从生产批量考虑， 本模具采用一模四腔的结构， 模架和模板尺寸均根据标准选

2、取。 其中模架从标准中选取 A2 型模架。由于塑件比较简单，所以模具采用一次分型，不设有二次分型与侧向分型机构。推出系统采用推杆推出， 并设有复位杆复位。为了加快模具的冷却，使模具冷却均匀， 本模具设有 8 个冷却管道， 均开在定模部分。 排气利用分型面和配合处的间隙排气。为了减少成本，本模具 90%的零件选用标准件。关键词注塑模、一模四腔、推杆、复位杆目录第 1 章 工艺分析 .11.1塑件成型工艺性分析 .11.1.1塑件的结构工艺性分析 .11.1.2成形材料性能分析 .11.2型腔数量的确定 .21.3模具结构形式的确定 .3第 2 章 注射机的选择 .42.1注射量的计算 .42.2

3、塑件和流道凝料及所需锁模力的计算 .42.3选择注射机 .5第 3 章 注塑模具结构设计 .63.1型腔壁厚和底板厚度的计算 .63.2模架的确定 .83.3各模板尺寸的确定 .93.4浇注系统设计 .93.4.1主流道设计 .103.4.2分流道设计 .113.4.3浇口的设计 .133.5成型零件设计 .133.5.1分型面位置的确定 .143.5.2成型零件的钢材选用 .143.5.3成型零件的结构设计 .153.5.4成型零件工作尺寸计算 .163.6导向与定位机构设计 .193.6.1机构的功用 .193.6.2导向机构的设计 .193.7推出机构设计 .203.7.1脱模推出机构的

4、设计原则 .203.7.2塑件的推出方式 .203.7.3塑件的推出机构 .213.7.4 脱模力的计算 .213.7.5 推杆强度校核 .223.8排气系统设计 .223.9冷料穴设计 .233.10 冷却系统设计 .233.10.1冷却水的体积流量 .243.10.2冷却管道直径 .243.10.3冷却水在管道内的流速 .253.10.4冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 .253.10.5冷却管道的总传热面积 .253.10.6模具上应开设的冷却水孔数 .25第 4 章 注射模与注射机的关系 .264.1注射压力的校核 .264.2锁模力的校核 .264.3安装参数的校核 .264.3

5、.1 模具外形尺寸校核 .264.3.2 喷嘴尺寸及定位圈尺寸校核 .274.4开模行程的校核 .27第 5 章 典型零件加工工艺规程 .28结 束 语 .29参考文献 .30第1章工艺分析1.1 塑件成型工艺性分析塑件的结构工艺性分析该塑件是一筒形零件，如图1.1 所示。塑件的壁厚均匀，塑件整体厚度均为2mm。塑件为旋转体结构，结构相对简单，而且塑件质量相对较小，生产批量为30 万件，材料为聚氯乙烯，该种塑料流动性中等。通过查阅资料该种塑料制件未注公差时应选用 MT6 级精度。从技术要求上讲，该塑件无比较苛刻的要求，故成型性能好，可以注射成型。图 1.1 塑件图成形材料性能分析聚氯乙烯，简称

6、PVC ，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂，是氯乙烯的均聚物。成形特性： 1、无定形料，吸湿性小，但为了提高流动性、防止发生气泡则宜先干燥；2、流动性差，极易分解，特别在高温下与钢、铜金属接触更易分解，分解温度为200，分解时有腐蚀及刺激性气体；3、成形温度范围小，必须严格控制料温；4、用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径宜大，以防止死角滞料，滞料必须及时处理清除；5、模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表面硬镀铬。下面表 1.1 所示为该塑料的一些信息。表 1.1 聚氯乙烯塑料成形条件注射成型机类型螺杆式密度（ g/cm3）1.38计算收缩率（ %）0.6-

7、0.8螺杆转速（ r/min ）28预热温度（）70-90预热时间（ h）4-6后段160-170注射时间15-60料 筒 温165-180成 型 时0-5中段高压时间度（）170-190间（ s）15-60前段冷却时间喷嘴温度（）170-190成型总周期（ s）40-130模具温度（）30-60使用温度（）小于 70比体积（ cm3 ）0.86-0.98熔点（）212/g抗拉屈服强度（ Mpa）35-50拉伸弹性模量（ Mpa） 2400-42001.2 型腔数量的确定根据注射机的额定锁模力F 的要求来确定型腔数目n，即：FPA2式（ 1.1）nPA1式中： F注射机额定锁模力（N）P型腔内

8、塑料熔体的平均压力（Mpa）A1、A2为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积 （ mm2）该塑件精度要求不高， 并且结构简单， 又是中等批量生产， 没有侧向分型机构，考虑到模具制造费用及模具尺寸，初定为一模四腔的模具形式。1.3 模具结构形式的确定从上面分析可知，本模具采用一模四腔的模具形式。推出机构可采用推块推出或推杆推出。 推块推出结构可靠， 顶出力均匀， 不影响塑件的外观质量，但塑件上有圆弧过渡，推块制造困难；推杆推出结构简单，推出平稳可靠， 虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹， 但塑件顶部装配后使用时并不影响外观。从以上分析得出：该塑件采用推杆推出机构。流道采用单排十字排列方式，

9、且分流道开在定模上。 浇口采用侧浇口， 型腔采用整体式。定模不需要设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支承板。因此可确定模具形式采用标准 A2 形模架。该模具为单分型面模具。第 2 章 注射机的选择2.1 注射量的计算3通过 UG 建模分析，塑件体积约为V 1 =5.983 cm，取聚氯乙烯塑料密度为3 =1.38 g/cm则塑件质量为：1m1=×式（）1V 1 =1.38 5.983=8.256g2.1流道凝料的质量 m2 还是个未知数， 可按塑件质量的0.8 倍来估算。从上述分析中确定为一模四腔，所以注射量为m nm1 m 2式（ 2.2）=4×8.256+0.8

10、8×.256=39.629g注射量应为注射机注射能力的70%左右才不会造成注射机超载和浪费， 所以估计注射量为：m 估 =m/0.7=39.629/0.7=56.613g式（ 2.3）2.2 塑件和流道凝料及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口，分浇道，主浇道凝料）在分型面上的投影面积A 2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，A 2 是每个塑件在分型面上的投影面积 A 1 的 0.20.5 倍，因此可用 0.5n A1 来进行计算，所以A = n A1+ A2= n A1+0.5 n A1=1.5 n A1式（ 2.4）=1.5×4×1237.00=7

11、422.00mm2式中： A1 =×（ 202-2.52） =1237.00n 代表型腔个数，取n=4锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。 所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力， 此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。即：F=S×P×A/1000式（ 2.5）式中： F锁模力（ kN ）S安全系数，取 1.1P型腔压力，取 30MPaA塑件及流道系统在分型面上的投影面积，取7422.002即 F= S× PA/10001.1 ×30×7422.00 ÷1000=244.9

12、2KN表 2.1型腔压力成型条件型 腔平 均压 力 /MPa制品结构易于成型制品25PE,PP,PS成型 壁 厚均 匀 14用品、容器等普通制品30薄壁容器类原料为 PE、PP、 PS物料黏度高35ABS、聚甲醛（POM)等精 度离制品精度高的工业用零件物料黏度高40高精度机械零件制品精度高2.3 选择注射机根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值， 根据参考资料现代注塑模具设计实用技术手册表 3-6，可采用 SZ-40/25 卧式注塑机。表 2.2 SZ-50/40 卧式注塑机主要技术参数350锁模力 /KN400理论注射容量 /cm螺杆直径 / mm30拉杆内间距 / mm220×

13、; 300注射压力 /MP180移模行程 / mm250注射速率 /（g/s）70最大模厚 / mm220塑化能力 / (kg/h）35最小模厚 / mm150螺杆转速 /（r/min ）0 200定位孔直径 / mm 55喷嘴球半径 / mm10喷嘴孔直径 / mm3锁模方式曲肘注射时间 /s1.87第 3 章 注塑模具结构设计3.1 型腔壁厚和底板厚度的计算型腔采用整体式，材料为P20（铬镍合金钢3Cr2Mo），材料的许用应力 为137.2156.8MPa在注塑成型过程中， 型腔所受的力有塑料熔体的压力、 合模时的压力、 开模时的拉力等， 其中最主要的是塑料熔体的压力。 在塑料熔体压力作用

14、下， 型腔将产生内应力及变形。 如果型腔侧壁和底壁厚度不够， 当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时， 型腔即发生强度破坏。 与此同时， 刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度， 也可能导致脱模困难等，可见模具对强度和刚度都有要求。图 3.1 整体式圆形型腔1>按刚度条件计算型腔侧壁厚度：430184S=1.15 3ph =1.15328.59=29mm式（ 3.1）20700.099E 式中： S型腔的侧壁厚度（ mm）P型腔内单位平均压力（MPa）这里由于材料为PVC 取 P30MPaH型腔深度（ mm）E为型腔材料的弹性模量（MPa），取 E=2.

15、07GPa 型腔的许用变形量 S h=0.55% 18=0.099mm式（3.2）其中 S 为平均收缩率 0.55%2>按强度条件计算型腔侧壁厚度：-1) =20 (156.8式（3.3）S=r (-1)5.45=6mm -2p156.8 - 2 30式中： S型腔的侧壁厚度（ mm）r圆柱型腔半径（ mm）P型腔内单位平均压力（MPa）这里由于材料为 PVC，取 P30MPa材料的许用应力，材料为P20，许用应力为 137.2156.8MPa这里取 156.8MPa综上所述型腔侧壁厚度取30mm。3>按刚度条件计算底板厚度：4304T=0.56 3pr=0.56 32015.47

16、=16mm式（ 3.4）E20700.11式中： T型腔的底板厚度（ mm）P型腔内单位平均压力（MPa）这里由于材料为 PVC，取 P30MPar圆柱型腔半径（ mm）E为型腔材料的弹性模量Mpa E=2.07Gpa 型腔的许用变形量 S r=0.55% ×20=0.11mm式（ 3.5）其中 S 为平均收缩率 0.55%4>按强度条件计算底板厚度：T=0.87Pr 2=0.8730 2027.61=8mm式（ 3.6）156.8式中： T型腔的底板厚度（ mm）r圆柱型腔半径（ mm）P型腔内单位平均压力（MPa）这里由于材料为 PVC，取 P 30MPa 材料的许用应力，

17、材料为P20，许用应力为137.2156.8MPa这里取 156.8MPa综上所述型腔底板厚度取17mm。3.2 模架的确定根据型腔布局（一模四腔）及浇注系统的结构形式，又根据现代注塑模设计与制造中表4-4 所推荐的圆筒型腔侧壁最小厚度为20mm，再考虑到导柱，导套及连接螺钉布置应占的位置等各方面问题，确定选用模架的基本尺寸为B×L=250×250mm。模架结构形式为A2 的形式，如下图 3.2 所示。12345678图 3.2 模具结构图1091定模座板2浇口套3定位圈4定模板5动模板6支承板7垫块8动模座板9推杆固定板10 推板3.3 各模板尺寸的确定1号件为定模座板，

18、根据设计手册选用模板尺寸为300×250×35mm2号件为浇口套，根据设计手册，其尺寸的标准选 25×80mm3号件为定位圈，根据设计手册，其尺寸根据标准选为 100× 15mm4 号件为定模板，塑件在板中参与成型部分深度为18mm，还要在定模板上开冷却水道， 冷却水道离型腔还有一定距离， 根据现代注塑模设计实用技术手册中表 10-5 所推荐的水孔直径为 8mm，且水孔离型腔的表面不能太远也不能太近，一般不超过水孔直径的 3 倍，以 1215mm 为宜。根据参考文献，故其尺寸为为 250×250×60mm。5号件为动模板，根据设计手册

19、，尺寸为250×250×40mm。6号件为支承板，根据设计手册，尺寸为250×250×35mm。7号件为垫块，其高度尺寸 =推出行程 +推板厚度 +推杆固定板厚度 +限位钉高度 +（3 5）=20+20+15+5+（ 3 5）=63 65，根据设计手册标准， 高度取为 70mm，所以由标准中查得垫块尺寸为 48×250× 70mm。8号件为动模座板，其尺寸与定模座板相同，为300× 250×25mm。9号件为推杆固定板，根据设计手册，尺寸为150×250× 15mm。10 号件为推板，根据设计手

20、册，尺寸为150×250×20mm。综上，从选定模架可知，模架外形尺寸为：宽×长×高=250×250× 265。3.4 浇注系统设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质，传压和传热的功能， 对塑件质量影响很大。 它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，一般要遵循以下原则：1了解塑料的成型性能；2尽量避免产生或减少产生熔接痕；3有利于型腔中气体的排出；4防止型芯的变形；5尽量采用较短的行程充满型腔，一般不超过60mm；该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道，分流道，冷料

21、穴，浇口。主流道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， 以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。图 3.3 主流道（浇口套）主流道尺寸（ 1）形状：圆锥形；（ 2）锥角： 3°；（ 3）内壁的粗糙度为 Ra0.4m；（ 4）主流道大端呈圆角， r=1 。根据所选注射机，则主流道小端尺寸为：d=注射机喷嘴直径 +（0.51）=3+1=4mm。式（ 3.7）主流道球面半径为：SR=注射机喷嘴球面半径 +（12）=10+1=11mm。式（ 3.8）球面配合高度h=35mm，取 h=3mm。主流道衬套形式主流道

22、小端入口处与注射机喷嘴反复接触， 属易损件，对材料要求较严， 因而主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套， 以便于有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如 45 钢， T8A ，T10A等，本模具采用 45 钢，热处理硬度为 38 45HRC，如图 3.3 所示。主浇道衬套的固定由于主浇道衬套为圆柱体， 并且衬套底部未开设处分浇道， 不需与定模板分浇道相连，故在主浇道衬套上无须加止转销防止主浇道衬套转动。 具体结构如下图 3.4 所示。图 3.4 主浇道衬套的固定分流道设计分流道布置形式分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态， 使塑件熔体尽快地经分流

23、道均衡的分配到各个型腔， 由于模具采用一模两腔的形式， 并且塑件结构简单。因此，采用最常用的平衡式十字形分流道形式， 塑料熔体充模的温降较大，故在其延伸端开设较小的冷料穴。如图 3.5 所示。图 3.5 分流道分流道长度分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口的位置，从输送熔体时的减少压力损失和热量损失及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。对于壁厚小于 3 ，质量在 200g 以下的塑件可用公式：D0.2654W 4 L式（ 3.9）式中： W流经分流道的塑料量，L分流道长度，D分流道直径，分流道的形状及截面尺寸为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上定模一侧，截面形状采

24、用加工工艺比较好的梯形截面。梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，一般采用下面经验公式来确定截面尺寸。图 3.6 分流道截面经查阅多个资料取得分流道尺寸如下：分流道长度 L=2×28=56mm式（ 3.10）分流道截面面积 A=（5.3+6）/2 ×4=22.6mm2式（）3.11浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间一段细端通道，它是浇注系统的关键部位， 浇口的形状，位置尺寸对塑件的质量影响很大。浇口截面积通常为分流道截面积的 0.07 0.09 倍，浇口截面形状多为矩形和圆形两种，本模具采用矩形截面浇口。浇口长度为 0.5 2mm。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然

25、后再试模时逐步修正。本模具采用侧浇口，浇口开在定模板上。对中小型塑件，测浇口的典型尺寸为深度0.52mm，宽 1.55mm，浇口台阶 0.52.0mm。对于大型塑件，深2.02.5，宽 7.0 10mm，浇口台阶 2.03.0mm综上得侧浇口尺寸：深度宽度长度h=1.5mmw=2mml=2mm3.5 成型零件设计注塑模具闭合时， 成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和摩擦。 在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。 在开模和脱模时需克服与塑件的粘着力。在上万次、 甚至几十万次的注塑周期， 成型零件的

26、形状和尺寸精度、 表面质量及其稳定性， 决定了塑料制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器， 它的强度和刚度必须在容许值之内。成型零件的结构、 材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素分型面位置的确定在选择分型面时， 根据分型面的选择原则， 考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件。对塑件进行分析， 由于塑件无过多圆角过渡要求，且在零件开口处无圆角过渡要求，故将分型面选在图1.1 所示零件图主视图的最上端处，这种选法塑件成型简单，且能够保证较简单的模具结构。分型面应选在如图3.7 所指处。图 3.7 分型面选择图成型零件的钢材选用成型零

27、件材料选用要求如下：1.机械加工性能良好：要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种。为此，以中碳钢与中碳合金钢最常用，这对大型模具尤其重要。对需电火花加工的零件，还要求该钢种的烧伤硬化层较薄。2.抛光性能优良：注塑模成型零件工作表面， 多需抛光达到镜面， Ra 0.05m。要求钢材硬度HRC3540 为宜，过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点3.耐磨性和抗疲劳性能好：注塑模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变的应力作用。 一般的高碳合金钢， 可经热处理获得高硬度， 但韧性差易形成表面裂纹， 不宜采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模的次数，

28、能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。这对30 万以上注塑次数和玻璃纤维增强的塑料注塑生产尤其重要。4.具有耐腐性能：对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃型塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。成型零件的结构设计成型零件的结构设计， 当然是以成型符合质量要求的塑料制品为前提， 但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。 成型零件成本高于模架的价格， 随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。凹模结构设计凹模是成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。对于形状简单的中小型塑件，采用整体式凹模。图 3.8 整体式凹模凸模和型芯结构设计凸模

29、和型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。凸模也称主型芯，用来成型塑件整体的内部形状。 小型芯也称成型杆，用来成型塑件的局部孔或槽。但该塑件壁厚较薄，中心孔较小，故凸模型芯采用一体式。图 3.9 凸模型芯成型零件工作尺寸计算成型零件的工作尺寸，是成型零件上直接用来成型塑料制品的那部分尺寸。成型零件的工作尺寸， 要保证所成型塑料制品的尺寸。 而影响塑料制品尺寸和公差的因素相当复杂， 如模具的制造误差及模具的磨损； 塑料成型收缩率的偏差及波动；溢料飞边厚度及其波动； 模具在成型设备上的安装调整误差、 成型方法及成型工艺的影响等。聚氯乙烯材料的收缩率为 0.6% 0.8%，且制件精度为 MT6

30、。本部分尺寸计算公式参考教材塑性成形工艺与模具设计 。可知：SminSmax0.006 0.008式（ 3.12）Scp=0.00722型腔径向尺寸塑件外形径向尺寸为：04000.52 ，型腔径向尺寸为 L M 0L SZ根据公式：LZ(1) Lxz式（ 3.13）M0CPS0S其中： x修正系数，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取 x=0.75z 制造公差，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取z = =0.173因此Z(1 0.007) 40 0.75 0.520.17L M 00= 39.890 0.17型腔深度尺寸塑件外形高度尺寸为：0，型腔深度尺寸为 H M 0HS180

31、0.40ZZ(1SCP )H Sx0式（ 3.14）根据公式： H M 0z其中： x修正系数，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取x=2/3z 制造公差，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取z = =0.133因此： HM0Z(1 0.007) 1820.4000.133=17.8600. 13型芯径向尺寸塑件内形径向尺寸为： A S 0360。, 型芯径向尺寸为 A M0 520Z根据公式： A M0x 0式（ 3.15）(1 SCP ) ASzZ其中： x修正系数，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取x=0.75z 制造公差，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取z

32、 = =0.173因此： AM-0Z(1 0.007) 36 0.75 0.52-00.17=36.64 -00.173.5.4.4 型芯高度尺寸塑件内形深度尺寸为： B S0 1600.40, 型芯高度尺寸为 B M0Z根据公式： B M0z (1 SCP ) B S x 0Z式（ 3.16）其中： x修正系数，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取 x=2/3z 制造公差，由于塑件精度为MT6 ，且塑件尺寸较小故取z = =0.133200因此： BM- Z(1 0.007) 160.40-0.133= 16.380-0.13小型芯径向尺寸塑件内形径向尺寸为： A S 050。00 28, 型芯径向尺寸为 A M Z根据公式： A M