(塑料模具设计与制造课件)17-三板式注射模具设计与制造

第十七节

三板式注射模具设计与制造1.材料的选取塑件材料：聚丙烯（PP)1.1.基本特性聚丙烯无味、无色、无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更轻。密度仅为0.90-0.91g/cm3。它不吸水、光泽好、易着色。

聚丙烯的屈服强度、抗拉、抗压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后的聚丙烯可制作铰链,其具有特别高的抗弯曲疲劳强度,如用聚丙烯注射成型的一体铰链(盖和本体合一的各种容器),经过7×107次开闭弯折未产生损坏和断裂现象。聚丙烯的熔点为164～1700C,其耐热性好,能在1000C以上的温度下进行消毒灭菌。聚丙烯耐低温的使用温度可达-150C,在低于－350C时会脆裂。聚丙烯的高频绝缘性能好,而且由于其不吸水,绝缘性能不受湿度的影响。聚丙烯在氧、热、光的作用下极易解聚、老化,所以必须加入防老化剂。

1.材料的选取1.2．主要用途聚丙烯可用于制作各种机械零件如法兰、接头、泵叶轮、汽车零件和自行车零件；可作水、蒸汽、各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里、表面涂层；可制造盖和本体合一的箱壳，各种绝缘零件，并用于医药工业中。1.3.成型特点1、结晶性料，吸湿性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属接触易发生分解；2、流动性极好，溢边值0.03mm左右；3、聚丙烯热容量大，注射成型模具必须设计能充分进行冷却的冷却回路；冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢；4、成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强；5.注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于500C以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90℃以上时易发生翘曲、变形，因此，适宜模温为800C左右，不可低于500C；6、塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中。

PP的工艺参数:2.制件体积计算与注射机的选取塑件的体积;V1=2.5×3.14×22.5×22.5+3.14×（22.5×22.5－20.5×20.5)－3×3.14×2×2×2.5=5500mm3

根据经验，则有浇注系统的体积V2=2V1=11000mm3查表得；pp的密度为ρ=0.905g/cm3

塑件的质量m1=ρ*V/1000=0.905*5500/1000g=4.9775g则；m总=m塑+m注=4*m塑=19.91g注射机最大注射量G=m/80%=24.88g根据手册，初选注射机型号为XS-Z-303.注射机有关参数的校核3.1.注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核：a、注射量的校核有前面每次注射所需塑料两为19.91g注射机最大注射量300.905=27.15>19.91g故满足要求b、注射压力校核因为pp的注射压力是70－100MPa，而XS-Z-30注塑机的压力为119Mpa，显然注塑机的注射压力满足要求。

c、锁模力与注射压力的校核高压塑料熔体充满型腔时，会产生很大的，使模具沿分型面涨开，该压力等于制品与浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内熔体的压力PM(PM常取20～40MPa),即为作用在这个面积上的总力FL,该力称为工艺锁模力,它必须小于注射机的额定锁模力F,否则在注射成型过程中会因锁模不紧出现涨模溢料现象.对于三板式模具，由于浇道系统与型腔不在一个分型面，则不应计入流道面积，流道凝料（包括浇口)在分型面上的投影面积A2，根据经验公式；A2=（0.2—0.5)A1 A1为每个塑件在分型面上的投影面积，

设A2=0.4nA1则；A=nA1+A2=1.4nA1A1=3.14*22.5*22.5-3*3.14*2*2=1551.945mm2所以A=2172.723mm2查塑件所需要的注射压力为70—100MPa 而型腔的平均压力是注射压力的30%---65% 因为塑件是薄壁塑件，且是点交口，压力损失比较大，取大一点P型=85*60%=51MPaF=A*P型=2172.723*51=110.8kN＜250Kn符合条件

校核合格3.2.开模行程的校核：S=h1+h2+（5+10）+a式中：注塑机最大开模行程SH----制品所需的脱模距离（顶出距离），mm；H2----制品高度,mm；H1+h2+（5+10）+a=8.5+11+35+7=61.5mm≤130mm故满足要求。

3.3、模具安装尺寸校核为了注射模能顺利安装在注射机上，并产生合格的塑料制品，

设计模具是必须校验注射机上与模具安装有关的尺寸，因为不同

的型号和尺寸的注射机，其安装模具部位的形状和尺寸各不相同。下面分别对喷嘴尺寸、定位圈尺寸、模具厚度以及模板上的螺孔

尺寸等进行校核。A、喷嘴尺寸

注射机喷嘴头的球面半径R1与模具主流道始端的球面半径R2必须吻合，以防止高压塑料熔体从缝隙中溢出。一般R2应比球嘴头半径R1大1-2mm，否则主流道内的凝料无法脱出。B.定位圈尺寸

为了使模具主流道中心线与注射机喷嘴中心线配合，注射机固定板上设有定位孔，模具定模板上设计有凸出的与主流道同心的定位圈，定位孔与定位圈之间成较松动的间隙配合，定位圈高度取10mm。

■C.模具厚度

注射模的动、定模闭合后，沿闭合方向的长度叫做模具厚度或模具闭合高度。由于注射机的动模和定模固定板之间的距离都具有一定的调节量，因此，对安装使用的模具厚度有一定的限制。一般情况下，实际模具厚度必须在注射机允许下安装的最大厚度Hmax及最小厚度Hmin之间。即Hmin<Hm<Hmax■D.螺孔尺寸

动模和定模固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定模板上的螺孔尺寸相适应，模具常用的安装方法有螺钉直接固定和压板固定两种，螺钉或压板数目常为2-4个。当用螺钉直接固定时，模具固定板与注射机上的螺钉完全吻合，而用压板固定板时，只要在模具固定板附近有螺孔就可以了，因此。压板固定板有较大的灵活性。

故选注射机型号XZ-Z-30其主要技术参数规格如下表;最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm最大理论注射量:30g250*280mm定位孔直径;φ63.50+0.064mm推出两侧孔径 20mm 孔距170mm4.模架的确定和标准件的选用

根据成型零件尺寸,结合标准模架,选用结构为p2型,模架尺寸为180*180的模架（图为龙记的AI 大水口

模架)动模板厚度

定模板厚度A=20mmB=20mm垫块厚度C=50mm模具厚度H=180mm在最大摸厚和最小模厚之间 故满足要求5.模具的设计计算5.1.分型面的选择:分型面为定模与动模的分界面，合理的选择分型面是使塑件能完好得成型的先决件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑:、塑件在开模后留在动模上。、分型面上的痕迹不影响塑件的外观。、浇注系统，特别是浇口能合理的安排。、使推杆痕迹不留在塑件外观、使塑件易于脱模。

分型面的位置必须开设在制件断面轮廓最大的地方，才能使制件顺利地从型腔中脱出。

5.2.浇注系统选择和设计浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴流向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利引导熔体迅速有序的充满型腔，获得外观清晰，质量优良的塑件，这就使得浇注系统必须具备以下要求：（1).对型腔的迅速有序的填充;能同时充满整个型腔：应尽可能的消耗较少的原料;（4).对热量和压力的损失少;（5).能够使型腔顺利的排气;（6).浇道凝料容易与塑件分离和切除；（7).浇口痕迹对塑件的外观的影响较少；（8).冷料不会进入型腔。

6.浇注系统的设计6.1.主流道的设计■主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具浇口套接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必顺使熔体的温度降和压力损失最小。

在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直分型面，主流道通常设计在模具的浇口套中，但在本设计中，为了便于加工和安装，就把主流道和浇口套设计成整体式，如下图所示，（仅供参考) a为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出,主流道设计成圆锥形,锥度为2°-6°,在本设计中取3° b小端的直径比注射机喷嘴的直径大0.5-1mm,因此小端的直径取为5mm, c小端的前面是球面,其深度为3-5mm,在本设计中深度取为4mm, d注射机喷嘴的球面在此与浇口套接触并且贴合,因此要求浇口套上主流道前端面为球面,并且半径比喷嘴的半径要大1-2mm。取为14mm,e材料采用T10A,淬火后的表面硬度达到53----57HRC。 f主流道的端面尺寸D=d+2*L*tanα／2=5+30*2*tan3／2º=6.57mm6.2.分流道的设计 a分流道的作用是改变熔体的流向，使其以平稳的流态均衡地分配到每个型腔，设计时应尽量减少流动过程中的热量和压力损失，并且分流道应满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。因此采用平衡式分流道，为了便于模具的加工和安装，分流道的形状采用U型截面分流道，因些U型截面分流道的宽度取为6，半径R=0.5×b=0.5×6=3,浓度h=1.25R=1.25×3=3.75,斜角取6°。b分流道的长度：为了减少热量和压力损失，分流道的长度尽可能短且少弯折，因此在本设计中一级分流道的长度取L1=1.5D=1.5×100=150。二级分流道L2=10。如下图所示：（仅供参考)6.3.浇口的设计

根据塑件的外部结构，要求表面质量比较高，应看不到明显的浇口痕迹，为了便模具的结构简化，又要满足塑件外部表面质量的要求，因此本设计选用点浇口的形式。点浇口尺寸的确定点浇口的直径可由经验公式算得：=1.5mm,■式中

为塑件在浇口位置的厚度， A为型腔的表面积;浇口台阶长度0.5~0.8mm 取0.6mm7、成型零件的设计查表得尺寸工差;45查表得尺寸工差;45查表得尺寸工差;45查表得尺寸工差;45查表得尺寸工差;45查表得尺寸工差;45查表得尺寸工差;45查表得尺寸工差;45查表得该塑件为4级尺寸精度 Pp的最大成型收缩率为2.5% 最小成型收缩率为1.0%■■■■■■■■■7.1.型腔径向尺寸计算按平均收缩率计算：

则：平均收缩率为：εscp=(2.5％+1％)/2=1.75％型腔平均尺寸：LMcp=LPcp+εscp·LPcp+εscp2·LPcp塑件平均尺寸：LPcp=LP-△/2=45-0.68/2=44.66mm所以LMcp=44.66+0.0175×44.66+0.01752×44.66=45.46mm模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差δm=0.1mm型腔名义尺寸：LM=（LMcp-δm）+δm=(45.46-0.1)+0.10=45.36+0.10mm按极限尺寸计算：LM=[（Lp-△）/（1-εsmax）]+δm■ =[（45-0.68）/（1-0.025）]+0.10=45.46+0.10mm校核塑件可能出现的最大尺寸■■常0.22~~0.06■取模具最大磨损量δw=0.04mm(Lm+δm+δw)(

1-εsmin)≤Lp上式左端■(45.46+0.10+0.04)(1-0.01)=45.144《Lp满足要求,故型腔直径为Φ45.46+0.10mm,比按平均收缩率计算的结果偏大,便于修模■■■■■■■■■■■■■7.2.型芯直径按平均收缩率计算塑件内孔直径为41mm，查表得偏差△=0.68塑件平均尺寸：LPcp=LP+△/2=41+0.68/2=41.34mm型芯平均尺寸：LMcp=LPcp+εscp·LPcp+εscp2·LPcp=41.34+0.0175×41.34+0.01752×41.34=42.08mm模具型芯按IT10级精度制造，其制造偏差δm=0.10型芯名义尺寸：LM=（LMcp+δm)-δm=(42.08+0.10)-0.10=42.18-0.10mm按极限尺寸计算：LM=[（Lp+△)/（1-εsmin)]-δm■ =[（41+0.68)/（1-1.0%)]-0.10=42.18-0.10mm校核塑件可能出现的最小尺寸取模具最大磨损量δw=0.03mm(Lm-δm-δw)(1-εsmin)≥Lp上式左端(42.18-0.10-0.04)(1-0.025)=40.989mm＜41不满足要求，故型腔直径为Φ41mm，■■■■7.3.型腔深度按平均收缩率计算塑件高度为11mm，查表得偏差△=0.44mm塑件平均尺寸:HHcp=11-0.44/2=10.78mm型腔平均深度:HMcp=HPcp+εscp·HPcp+εscp2·HPcp=10.78+0.0175×10.78+0.01752×10.78=10.97mm模具型腔深按IT10级精度制

其制造公差δm=0.07若型腔容易修浅，则;■■■■■■Hm=【HMcp】+δm=10.97+0.07mm按极限尺寸计算；按平均收缩率计算塑件高度为7mm，查表得偏差△=0.32塑件平均尺寸：HM=[（Hp-δm)/（1-εsmin)]-δm■ =[（11+0.07)/（1-1%)]+0.07=11.04+0.07mm校核塑件最小高度是否合格HM（1-εsmin)+△≥Hs11.04×（1-0.025)+0.44=11.204㎜ 11.204》11 满足要求,故型腔深度为11.204+0.07mm,比按平均收缩率计算的结果更深,便于修模■■■■■■■■■■7.4.型芯高度按平均收缩率计算塑件高度为8.5mm，查表得偏差△=0.4塑件平均尺寸：LPcp=8.5+0.4/2=8.7mm型芯平均深高度：HMcp=HPcp+εscp·HPcp+εscp2·HPcp=8.7+0.0175×8.7+0.01752×8.7=8.85mm模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差δm=0.058mmHM=（HMcp)-δm=8.85-0.058mm

按公差带计算

，如型芯采用轴肩连接，用修磨型芯固定板厚度的办法来调节型芯高度，型芯易修长，则；HM=[（Hp+δm)/（1-εsmax)]-δm=[（8.5+0.085)/（1-2.5%)]-0.085=8.777-0.058mm校核型芯可能出现的最大高度是否在制件公差范围内HM（1-εsmin)-△≤HP8.777×（1-0.01)-0.40=8.289㎜≤8.5满足要求，所以故型芯高度为8.777-0.058mm。

8、脱模机构的设计对脱模机构的要求有：（1).塑件留与动模；（2).塑件不变形损坏；（3).要有良好的塑件外观；（4).结构可靠。

8.1.结构设计：本模具采用推杆脱模结构，脱模机构应使塑件留于动模，使之不变形损坏且具有良好的外观，另外机构应可靠。

8.2.脱模力的计算：

塑件在模具中冷却定型时，由于体

积收缩，其尺寸逐渐减小，而将型芯或

凸模包紧，在塑件脱模是必须克服这一

包紧力。此型芯端面为圆柱体，如果底

面是不带通孔的壳体类塑件，需克服大

气压力造成的阻力。此制件为薄壁塑件，脱模力F计算如下：■■■■■■■■■Fd=[2π*E*ε*t*L∕(1-μ)]*[cosα(f-tanα)∕（1+fsinαcosα)]+10A E—塑件拉