旋盖杯 课程设计说明书

1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： X X X 学 号： XX 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 题 目： 旋盖杯注塑模具设计 指导教师： 王文生 付一政 职称: 副教授 讲师 2012年12月17日 中北大学课程设计任务书 20122013 学年第 一 学期学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名： X X X 学 号： XX 课程设计题目： 旋盖杯注塑模具设计 起 迄 日 期：2012年12月17日2012年12月28日 课程设计地点： 中北大学材料科学与工程学院 指 导 教 师： 王文生 付一政 系 主 任： 李迎春 下达

2、任务书日期: 2012年12月17日课 程 设 计 任 务 书1设计目的：通过塑料成型模具课程设计，强化学生课堂上学习到的塑料注射模具的知识，加深学生对注射模具动作原理的理解，培养学生独立设计注射模具的能力，使学生熟练掌握AutoCAD等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作打下良好的基础。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：自行设计一个符合要求的塑料制件以及成型该制件的注射模具。（1）对塑料制件的要求：塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使塑料制品达到高效、均匀冷却，具有一定的力学性能及使用价值；设计塑料制件时应明确指出塑件的尺寸精度、粗糙度、

3、斜度、圆角、螺纹、侧孔、嵌件等；成型该塑件的注射模具必须满足下列条件之一：成型模具应具有侧向抽芯机构；：成型模具应具有自动脱螺纹机构；：成型模具应具有点浇口凝料的自动脱出、顺序脱模、二级脱模等较为复杂的机构。（2）对成型模具的要求： 所设计的模具能够高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品，模具结构合理，动作灵活，能够满足在使用时连续生产、高效率、自动化、操作简便的要求。3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：本次课程设计的工作内容包括以下几个部分：塑料制件图纸一张，要求标注尺寸公差、粗糙度、技术要求以及所用原材料；注射模具装配图（零号图纸）一张；注射模

4、具零件图至少四张，包括型腔零件图、型芯零件图、模板的零件图、杆件的零件图；注射模具结构计算说明书一本。注：以上各项内容均要求打印。 4主要参考文献：1 申开智.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社，20032 宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.北京：航空工业出版社，19953 H.盖斯特罗.注射模设计108例.北京：国防工业出版社，20024 贾润礼.实用注塑模设计手册.北京：中国轻工业出版社，20005设计成果形式及要求：本次课程设计的设计成果以模具设计图纸和模具设计说明书的形式提交。6工作计划及进度：2012年12月17日12月18日 塑料制件设计2012年12月19日12月20日 模具结

5、构计算及草图设计2012年12月21日12月24日 模具装配图的绘制2012年12月25日12月26日 模具零件图的绘制2012年12月27日 模具设计计算说明书的撰写2012年12月28日 答辩和成绩考核系主任审查意见： 签字： 2012年12月17日前 言塑料橡胶模具设计课程设计是高分子材料与工程专业课程教学中最重要的实践教学环节。旨在培养学生综合运用塑料模具设计专业知识，系统的进行塑料模具设计，涉及到塑件成型工艺分析、成型设备的选用、塑料模具设计的全过程，为缩短上岗适应期奠定工程实践基础。课程设计的目的：通过塑料成型模具课程设计，强化学生课堂上学习到的塑料注射模具的知识，加深学生对注射模

6、具动作原理的理解，培养学生独立设计注射模具的能力，使学生熟练掌握AutoCAD等绘图软件的应用，为学生以后的毕业设计和从事相关工作打下良好的基础。培养学生对具体设计任务的理解和分析能力；培养学生综合应用专业理论知识，分析问题、解决问题的能力和严谨、科学的工作态度。课程设计的要求：自行设计一个符合要求的塑料制件以及成型该制件的注射模具。（1）对塑料制件的要求：塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能够使塑料制品达到高效、均匀冷却，具有一定的力学性能及使用价值；设计塑料制件时应指出塑件的尺寸精度、粗糙度、斜度、圆角、螺纹等；成型该塑件的注射模具必须满足下列条件之一：成型模具应具有侧向抽芯机构

7、；：成型模具应具有自动脱螺纹机构；：成型模具应具有点浇口凝料的自动脱出、顺序脱模、二级脱模等较为复杂的机构。（2）对成型模具的要求：所设计的模具能够高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品，模具结构合理，动作灵活，能够满足在使用时连续生产、高效率、自动化、操作简便的要求。谭 金 财2012年12月目录1 塑件工艺性分析 11.1材料的基本性能 11.2聚丙烯的注射工艺参数、成型特性及条件 21.3结构工艺性 31.4塑件体积估算 32确定模具的基本结构42.1确定型腔数目 42.2确定分型面 43注射机的选择及校核53.1初选注射机 53.2注射机的校核 54浇注系统的设计84.1主流道的设

8、计 84.2分流道的设计 84.3浇口的设计 94.4排气方式的选择105塑件成型尺寸的计算 115.1按平均收缩率计算成型尺寸116模具冷却系统的设计 126.1冷却介质热量传递计算 126.2冷却系统的长度计算136.3冷却水道的布置147自动脱螺纹机构的设计 157.1脱螺纹机构的分析和设计158导柱导向机构的设计 168.1导柱的尺寸计算168.2导柱位置的确定169模架和其他模板的设计 189.1 定模座板189.2 定模板凹模189.3 动模板189.4 垫块189.5 动模座板1810 模架装配图 1911 总结 20参考文献211产品工艺性分析本次设计的塑件如图1.1所示：图1

9、.塑件零件图1.1材料的基本性能聚丙烯，英文名：Polypropylene，缩写： PP，化学式：，密度 ：0.91g/熔点：164170。PP有较低的热变形温度（100）、低透明度、低光泽度，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。PP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%。聚丙烯的结晶度高，结构规整，而具有优良的力学性能。但在室

10、温和低温下，由于本身的分子结构规整度高，所以冲击强度较差。聚丙烯最突出的性能就是抗弯曲疲劳性，俗称百折胶。聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150也不变形。1.2聚丙烯的注射工艺参数、成型特性及条件PP注射成型主要的工艺参数有：（1）熔料温度 220280，料筒恒温 220，模具温度 4080。 （2）注射压力 PP具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力80140MPa。（3）保压压力 避免制品产生缩壁，需要很长时间对制品进行保压（约为循环时间的30）；约为注射压力的3060。（4）背压 520MPa（50200bar）。（5）注射速度 对薄壁

11、包装容器需要高的注射速度（带蓄能器）,中等注射速度往往比较适用于其它类的塑料制品。（6）螺杆转速 高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前完成塑化过程就可以。（7）残 料 量 28mm，取决于计量行程和螺杆转速。（8）预 烘 干 不需要；如果贮藏条件不好，在80的温度下烘干1h就可以。（9）收 缩 率 1.22.5；收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩）。（10）浇口系统 点式浇口或多点浇口；加热式热流道，保温式热流道，内浇套；浇口位置在制品最厚点，否则易发生大的缩水。PP注射成型主要的工艺条件有：（1）PP的吸湿性很小，因此在成型前一般不需要进行干燥处理，若湿

12、度超过允许值，则应进行干燥处理。（2） PP分子结构中含有叔碳原子，故抗氧化能力很低，在塑化时应加入抗氧化剂。（3）PP在超过280时会发生热降解，使性能劣化，熔料和金属壁面接触会加速热降解，故成型时应避免熔料长时间滞留在料筒内。（4）PP熔体流动性良好，介于HDPE和LDPE之间，易成型薄壁、长流程塑件。（5）PP具有结晶性、成型收缩率的变化范围较大，为1.0%3.0%，且有较明显的后收缩性，故易产生缩孔、凹痕和变形，且方向性强。（6）PP的熔点和熔体热焓量比LDPE高，在结晶和冷却过程中会放出较多热量，因此模具要有较好的冷却系统，以减少塑件变形。（7）由于PP的热收缩和结晶作用，在成型过程

13、中的比容积有较大变化，塑件的筋、孔及壁厚较大的部位容易产生气泡及凹痕等缺陷。（8）PP熔料温度低时取向明显，尤其在低温高压时更甚，因此要控制成型温度。（9）PP塑件脱模时收缩性较大，应在脱模后在定型装置上放置1天以上以定型，对于尺寸精度较高的塑件，可及时进行热处理。（10）由于PP的成型收缩率较大，低温呈脆性，故塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角出现，防止产生应力集中。（11）如果保压时间过长，会使塑件出现较大的收缩而出现质量缺陷，因此在保证补充熔体固化收缩用料的基础上，尽量缩短保压时间。（12）PP熔体具有较明显的非牛顿性，粘度时剪切速率和温度都较敏感。1.3 结构工艺性零件壁厚基本均匀，所有壁

14、厚均大于塑件的最小壁厚1.0mm，注射成形式应不会发生填充不足的现象。大端直径70mm，小端直径58mm，脱模斜度2度左右，较易脱出。1.4零件体积及质量估算该产品的材料为PP，查手册或产品说明书得知PVC的密度为0.91g/使用UG或Pro/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积，当然也可以根据塑件的形状手动几何计算得到实体的体积。本设计采用手动几何计算塑件的体积得到：=Dhb+b （式1.1）将数值带入式1.1得：=701001+1=29.03，初步确定为一模两腔，则=2=58.06考虑到实际注射量为理论注射量的80%，=/0.8=72.582确定模具的基本结构2.1确定型腔

15、数目确定型腔的方法有：根据锁模力确定；根据最大注射量确定；根据塑件精度确定和经济型确定等。一般来说，大中型塑件和精度要求比较高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不是太高的小型塑件，形状简单，又是大批量生产，若是采用多模型腔，是生产率大大提高。同时，当所有型腔不在同一时间充满时，是得不到尺寸正确和物理性能良好的塑件，为此，必须采用浇注系统进行平衡，使所有型腔在同一时刻充满。并且，根据压力机的校核可知，采用一模两腔合适，因此，根据各方面因素考虑，最后决定考虑采用一模两腔。2.2确定分型面由于塑件有螺纹，拟采用双分型面注射模，即从不同的分型面分别取出流道内的凝料和塑件，又称为是三板式注

16、射模具。与单分型面注射模具相比，三板式注射模具增加了一个可移动的中间板（又称浇口板），中间板与定模作定距离的分开，以便取出这两块板之间的流道内的凝料，而有利于推板或推杆将型芯上的塑件脱出。适合的浇口有：点浇口、直接浇口、侧浇口、扇形浇口、重叠式浇口等，该类模具脱模时顺序脱模，模具结构稍微复杂一些。综上所述，为了便于脱模，分型面的位置设在塑件断面尺寸最大的地方，还不影响制品的外观。据该塑件的结构特征，塑件具有外螺纹，选定水平分型面，其位置如图2.1所示：图2.1 分型面的位置3注射机选择3.1初选注射机注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此，设计注射模时应该详细了解注射机的技术规范，才能设计

17、出符合规范的模具。注射机规格的确定主要是根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型尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、注射力锁模力、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、推出行程、开模距离等进行计算。注射机的分类：（1）按外形分有：立式的，卧式的，（这两种最常见）。（2）按注塑量分有：超小型注塑机，小型注塑机，中型注塑机，大型注塑机，超大型注塑机。也就是注塑量从几毫克到几十千克不等。（3）按合模力分有：几吨到几千吨不等。一般注射机都有高速、低速两种特性（或称高压时间，低压时间）并可调节选用。1000以下的中、小型注射机，其注射时间常为4

18、s，大型注射机注射时间在12s以内，注射速度一般为57m/min，常用低速注射。选用低速注射的注射机，模具设计应注意防止产生冷接缝，型腔充填不足。选用高速注射的或用大注射量、大锁模力的注射机注射大面积、小重量的塑件时模具设计应防止融料内充入空气、排气不良、融接不良、塑件内应力增大、塑料易分解、嵌件型芯受冲击力大及易发生飞边等弊病。根据第1章算出的注射量，并考虑到主流道凝料、分流道凝料等，可选择XS-ZY-125型注射机，其相关主要参数分别为：最大注射量：125，锁模力：900KN，模板行程：300mm,喷嘴球半径：12mm，喷嘴孔径：4mm。3.2注射机的校核在注射生产中，注射机在每一个成型周

19、期内，模内注入熔融质量称为塑件的注塑量M，塑件的注塑量M必须小于或等于注射机的实际注塑量。最大注射量是指注射机螺栓式柱塞以最大注射行程注塑时，一次所能达到的塑料注射量。理论注塑量一般有两种表示：一种规定以注塑ABS塑料（密度约1g/）的最大克数为标准。而另一种为规定以注塑塑料的最大容积()为标准。3.2.1最大注射量的校核浇注系统凝料的体积为：=+ （式3. 1）主流道衬套内的体积：=50=0.98，分流道凝料的体积：=(4+5)30.5100=1.35，浇口凝料的体积：=(10tan7.5) 10=0.073，代入式3.1得：=+=2.403=+=2.403+58.06=60.463100=

20、12580%即注射机的最大注射量符合注射要求。3.2.2注射机锁模力的校核开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机的最大开模行程与模具厚度无关。该模具采用三板式结构，流道系统和型腔不在同一分型面上，由F=qA （式3.2）q聚丙烯成型的平均压力（MPa）；A制件加上浇注系统在分型面上的面积；而面积A=2()+5100=57.8；代入式3.2得：F=qA=1557.8=867KN900KN；故：注射机的锁模力符合要求。3.2.3最大开模行程的校核由三板式双分型面注射模有：S+a+510mm （式3.3）由塑件结构：=100mm，=102mm，a=50mm；则代入式3.3

21、有：S=+a+510mm=257262mm300mm；故最大开模行程满足要求。综上所述，选取的XS-ZY-125型注射机满足使用要求。4浇注系统的设计浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成。其作用是使来自注射机喷嘴的塑料熔体稳定而顺利的流入并充满全部型腔，同时，在充模的过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以保证塑件的完整成型。4.1主流道的设计主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严，因而模具主 流道部分常设计成可拆御更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独 进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如 T8A,T10A 等，热处理硬度为 5

22、0HRC55HRC。由注射机参数知，主流道小端球径=+1mm （式4.1）则=13mm，小端直径比喷嘴孔径大1mm，故取为d=5mm，锥角取6。其结构如图4.1所示：图4.1 主流道的结构4.2分流道的设计分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应 遵循两方面原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、所模力力 求平衡。分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，是塑料熔体尽快地经分 流道均衡的分配到各个型腔。采用梯形分流道，截面尺寸：x=w （式4.1）h=（1-）w （式4.2）取w=5mm，则由式4.1、4.2得：x=w=3mm，h

23、=（1-）w4。其截面结构如图4.2示：图4.2 分流道截面示意图4.3浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，他是浇注系统的关键部分，浇口的形状、 位置和尺寸对塑件的质量影响很大。本制品采用点浇口，其形状如图4.3所示：图4.3 浇口截面示意图4.4排气方式该塑件体积较小，即塑料熔体的体积较小，注射时可借助分型面的间隙达到排气的目的，故.故不需另设排气系统，另外，可增加分型面的粗糙度和脱模机构的配合间隙来增加排气效果。5按平均收缩率计算成型尺寸根据塑件的强度和刚度的要求，且该塑件的材料是聚丙烯，查得其收缩率为1.6 %2.0%，取其平均收缩率为=1.8%，且该塑件尺寸较小，模具制造

24、公差等于塑件公差的，即可制造公差取。5.1按平均收缩率计算成型尺寸型腔、型芯的工作尺寸计算结果如表5.1所示：表5.1类别塑件尺寸计算公式成型尺寸型腔58d=(+%-)70d=(+%-)100h=(+%-)型芯56d=(+%+)68d=(+%+)99h=(+%+)动模部分型腔壁厚度：从刚度的观点出发，型腔最小壁厚为Sc= （式5.1） 其中 泊松比，此处取0.25；弹性模量，取2.1105MPa； 允许变形量（mm）,取0.03mm； 型腔内熔体压力，取15MPa； 型腔内径； 代入式5.1数值得：Sc=11.83mm 取15mm。第六章模具冷却系统的设计6.1冷却介质热量传递计算设平均模温为

25、：T=（+）=（40+90）=60冷却介质（水 ）的温度为20。6.1.1由PP带入模腔的总热量=nhG （式6.1）n每小时注射的次数；h塑料进入模腔时及冷却结束时塑料的热焓之差；G每次注射量 kg；将数值代入式（6.1）得：=590=4428（KJ/h）。6.1.2冷却时间计算冷却时间由三部分组成：注射时间、制件冷却时间、开模时间，可由下式求得：t= （式6.2）注射时间；制件冷却时间；开模时间，设为20s；查表并代入式6.2有：t =1.6+4.5+15=26.1s。6.1.3自由冷却散发的热量由于对流散发走的热量：=4.186(0.25+)F( （式6.3）模具表面积 ；模具平均温度（

26、60）；室温（取20）；代入式6.3有：=243（KJ/h）。由辐射散发走的热量：=20.8(-( （式6.4）模具四侧面面积之和 ；辐射率，磨光表面=0.040.05，一般加工面=0.800.90；代入式6.4有：=15.5（KJ/h）6.1.4应该由冷却介质带走的热量：=- （式6.5）代入式6.5有：=4428-243-15.5=4170（KJ/h）。6.2冷却系统的长度计算凹模型腔壁的平均温度：=63.4；凹模所需冷却水的流量，流速及孔径d：v= （式6.6）冷却水出口的温度；冷却水入口的温度；代入式6.6有：v=1.6/min，查表得：d=8mm，v=1.66m/s；所需冷却水道的长

27、度：= （式6.7）冷却水孔壁的平均温度（）；冷却水的平均温度（）；将数据代入式6.7得：=0.39；设每根冷却水道至少为100，则设置4根冷却水道技能达到冷却效果。6.3冷却水道的布置冷却水道如图6.1所示：图6.1冷却水道布置示意图7自动脱螺纹机构的设计7.1脱螺纹机构的分析和设计此塑件螺纹较浅，且螺纹为圆牙螺纹，因此可以采用强制脱螺纹机构，并采用顺序分型脱模机构，因塑件的特殊结构，在设计顶出机构时，可在型芯中间设置一个顶环，如图7.1所示：图7.1 强制脱螺纹机构8导柱导向机构的设计为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力

28、。8.1 导柱的尺寸计算由塑件的尺寸及注射机的工艺参数，导柱的直径、长度计算如下：=B（0.060.1）2000.08=16mm；1002+110=310mm。导柱的结构如图8.1所示：图8.1 导柱示意图8.2 导柱的位置确定我们在设计此机构时应注意以下几点：（1）导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。（2）导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出68mm（图十），以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。（3）导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。（4）为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。（5）导柱的设置应根

29、据需要而决定装配方式。（6）一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。（7）一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。（8）导柱的直径应根据模具大小而决定，可 参考准模架数据选取。为了各个模板的准确安装，四根导柱采用同样大小、不对称安装，以区分模板在安装时的方向和正反，导柱的布置如图8.2所示：图8.2 导柱的不对称安装9模架和其他模板的设计由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，在根据成型零件尺寸结合标准模架，选用形状A2型，可符合要求。（模架型号A4-160250-08-Z3）模具上所有的螺钉采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突起部分；模具外表面应光洁，加涂锈油。两模之间应有分模间隙，即在、装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。9.1定模座板定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过4个M16的内六角圆柱螺钉与定模固定板连接；定模座板与浇口套为H8/f8配合。9.2定模板（凹模固定板）用于固定型腔（凹模固定板）、导套，固定板应有一定厚度，并有足够的强度，一般用45钢或者Q235A制成，最好调质230HB270HB。其上的导套孔与