模具课程设计说明书3.docx

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1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 题 目： ABS塑料奶瓶盖的注射模设计 指导教师： 李迎春 谢江波 职称:教授 副教授 2012年12月17日目 录1. 设计题目及设计任务书32. 塑件的工艺性分析62.1. 塑件设计要求 62.2. 塑件材料分析62.3. 塑件材料的成型特性与工艺参数73. 注射机的选择 83.1. 注射机的型号选择83.1.1. 型腔数目的确定83.1.2. 塑件在型腔中的方位83.1.3. 最大注射量的计算83.1.4. 选择注射机83.2. 注射机的主要参数及校核93.2.1. 注射压力

2、的校核93.2.2. 锁模力的校核93.2.3. 开模行程的校核94. 浇注系统的设计114.1. 主流道的设计11 4.1.1主流道尺寸的设计11 4.1.2主流道衬套的设计11 4.1.3定位环的设计12 4.1.4浇口的设计124.2. 分流道的设计12 4.2.1分流道的布置形式12 4.2.2分流道的长度13 4.2.3分流道的当量直径13 4.2.4分流道的截面形状13 4.2.5分流道的截面尺寸13 4.2.6凝料体积135. 成型零部件的设计及计算145.1. 分型面的设计145.2. 排气槽的设计145.3. 凸模、凹模的结构设计145.3.1. 型腔的尺寸计算145.3.2

3、. 型芯的尺寸计算155.3.3. 型腔壁厚的计算166. 合模导向机构的设计176.1. 导柱的设计176.2. 导套的设计176.3. 导柱位置确定187. 塑件脱模机构的设计197.1. 脱模力的计算197.2. 浇注系统凝料的脱出198. 侧向分型与抽芯机构的设计208.1. 抽拔距与抽拔力的计算208.2. 斜导柱的设计208.3. 滑块的设计229. 温度调节系统的设计与计算23 9.1模具冷却系统的计算23 9.2冷却回路的布置2510. 设计小结26参考文献资料27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

4、 学 生 姓 名： 原文冉 学 号： 0903034104 课程设计题目： ABS塑料奶瓶盖的注射模设计 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： 李迎春 谢江波 系 主 任： 李迎春 下达任务书日期: 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Auto CAD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

5、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、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

6、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。 课 程 设 计 任 务 书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.

7、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计算说明书的形式提交。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： 年 月 日2. 塑件的工艺性分析2.1. 塑件设计要

8、求塑件为奶瓶瓶盖，为日常生活中的必需品。它的主要成型工艺为注射成型。所选材料为ABS。塑件尺寸精度要求MT3；表面粗糙度要求R0.4；塑件厚度为5mm，要求壁厚均匀，塑件成型性能良好。图2.1 塑件图2.2. 塑件材料分析 ABS树脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三种单体的共聚物，ABS树脂保持了苯乙烯的优良电性能和易加工成型性，又增加了弹性、强度（丁二烯的特性）、耐热和耐腐蚀性（丙烯腈的优良性能），且表面硬度高、耐化学性好，同时通过改变上述三种组分的比例，可改变ABS的各种性能。2.3. 塑件材料的成型特性与工艺参数表2.1 ABS的主要性能参数性能数值成型收缩率/%吸水性/%熔

9、点/热变形温度/抗拉屈服强度/Pa拉伸弹性模量/Pa弯曲强度/Pa密度/ （g/cm3）硬度（HBS）吸水性/%0.40.70.20.413016090108830103050001801.011.059.70.20.4表2.2 ABS注射成型工艺参数性能数值注射方式成型总周期注射压力/MPa模具温度/螺杆转速/(r/min)保压压力/MPa螺杆式40120701007585304060703.注射机的选择3.1注射机的型号选择3.1.1. 型腔数目的确定由于制品的精度要求为MT3，且制品结构中有侧向抽芯装置，考虑大制品的尺寸及模具结构，制造成本等多方面的因素，拟采用一模二腔结构形式。3.1.

10、2. 塑件在型腔中的方位因为制品为中空结构，将塑件置于型腔中心，浇口位置为侧浇口。3.1.3. 最大注射量的计算塑件的体积： 所以塑件的质量浇注系统的凝料在设计前不能确定准确数值，但是可以根据经验按塑件体积的0.21倍来计算。由于采用的流道简单且短，故可按塑件体积的0.5倍来计算，故一次注入模具型腔塑件熔体的总体积为： 3.1.4 . 选择注射机塑件成型所需熔体总容量或者质量需在注射机额定注射量的80%以内，由此可得注射机所需最小体积：根据注射量初步选定为XS-ZY-125型注射机，卧式，公称注射量为表3.1 注射机的主要参数项目参数项目参数结构形式理论注射量/cm3螺杆直径/mm注射压力/M

11、p锁模力/KN拉杆内间距/mm卧式12542119900205最大注射面积/模具最大厚度/mm模具最小厚度/mm喷嘴球半径/mm喷嘴口直径/mm生产厂家160160130103常熟市塑料机械总厂3.2.注射机的主要参数及校核3.2.1. 注射压力的校核ABS所需的注射压力为60100Mpa，取为80Mpa。因为注射机的公称注射压力为119Mpa，注射压力安全系数为，取。显然取一模二腔符合要求。3.2.2. 锁模力的校核在注射成型时，塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力应小于注射机的额定锁模力，否则注塑时会因锁模不紧而产生溢边跑料的现象。塑件在分型面上的投影面积浇注系统在分型面

12、上的投影面积所以式中 是型腔的平均计算压力值，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2652MPa。对于黏度大且精度高的塑料制品应取较大值。对于ABS,取50MPa。所以锁模力合格。3.2.3. 开模行程的校核注射机的开模行程是有限制的，取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模距离。对于三板式双分型面注塑模，其最大开模行程可按下式校核。 （式3.1）式中 S开模行程，mm；H1塑件高度(包括浇注系统)，mm；H2塑件顶出距离，mm；a定模板与浇口板的分离距离，mm；所以，S=23+43+33+（510）=105mm160mm即开模行程符合要求。 4.浇注系统的设计4.1主流道的设计4.

13、1.1.主流道尺寸设计在立式注射机用模具中，主流道垂直于分型面。为便于流道凝料的脱出，设计成具有24锥角的圆锥形，内部有Ra=0.4m以下的粗糙度。内壁抛光方向与凝料脱出方向相同。 根据注射机的主要技术参数，得锥度：为方便凝料取出，将主流道设计成圆锥形，锥度4， 内部有Ra=0.4m的粗糙度。径向尺寸：主流道小端直径主流道大端直径球面配合高度h=3mm主流道球面直径R=注射机球头直径+（12）mm=14mm主流道对接处球形凹坑取5mm主流道的凝料体积 (式4.1)主流道当量半径4.1.2.主流道衬套的设计 主流道衬套为标准件，可直接购买。图4.1 主流道尺寸图4.1.3定位环的设计将定位环的周

14、边突出，紧压在机器定模扳和模具定模扳之间，用来承受主流道衬套被反向压出的力，高出定模表面510mm。图4.2定位环尺寸图4.1.4浇口的设计该塑件不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求高，制品为中空结构，为便于调整，充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。浇口尺寸h=kt=0.65=3mmT为塑件壁厚，k为塑件成型系数。浇口宽度 （式4.2）A为凹模表面积（约等于塑件外表面积）。浇口长度侧浇口的长度一般为0.72.5mm，这里选择1.0mm。4.2分流道的设计4.2.1分流道的布置形式 在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失，并尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡

15、，因此采用平衡式分流道。4.2.2分流道的长度 由于流道设计简单，根据两个型腔的设计，分流道较短，故设计时可适当选小，单个分流道的长度取35mm。4.2.3流道的当量直径 根据公式得，分流道的当量直径为 （式4.3）4.2.4分流道的截面形状 为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上，本设计采用梯形截面，其加工工艺性能好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。4.2.5分流道截面尺寸 设梯形的下底宽度为x，底面圆角半径R=1mm，根据常用尺寸表设置梯形的高h=4mm，则该梯形的截面积为 （式4.4） 又，则梯形的上底约为6mm。图4.3分流道尺寸图4.2.6凝料体积分流道总长度分流道

16、截面积凝料体积5.成型零部件的设计及计算5.1分型面的设计分型面开设在杯口处，与注射机开模方向相垂直。5.2排气槽的设计在注射成型中，需排除的气体有因干燥不良而存在于熔体中的水汽，模腔内的空气。原料中易挥发物质的挥发气，材料降解分解气等。如果不能可靠地将上述气体排出，将导致严重后果：因为该零件为小型零件，所以利用侧型芯和模板之间以及推杆和孔之间的间隙排气即可，不必单独考虑排气系统。5.3凸模、凹模的结构设计 ABS的成型收缩率为0.5%，即=0.5%模具成型零件的模具制造公差，。5.3.1型腔的尺寸计算 型腔的径向尺寸 （式5.1） 塑件的名义尺寸（mm） 凹模制造公差（mm） 塑件的平均收缩

17、率 型腔的轴向尺寸 （式5.2） 其中塑件高度名义尺寸（mm）5.3.2型芯的尺寸计算 型芯的径向尺寸 （式5.3） 型芯的轴向尺寸 （式5.4） 表5.1塑件模型尺寸公差表基本尺寸（mm）精度等级MT336405050656580801000.340.560.600.660.72表5.2塑件精度对应的模具制造精度关系塑件精度等级MT1MT2MT3MT4MT5MT6模具制造精度IT7IT8IT9IT10IT11IT12表5.3模具尺寸公差 塑件基本尺寸（mm）18303050508080120IT9（mm）526274875.3.3型腔壁厚的计算 侧壁厚度的计算因为，所以按强度计算。 （式5.

18、5）p=30MPa(型腔压力) 底板厚度计算 （式5.6）6.合模导向机构的设计6.1.导柱的设计 选标准值d=20mm d（f7）=20mm， l=46+8.2+8=62.2mm,取标准值l= 图6.1导柱图6.2导套的设计d(H7)=20mm, 图6.2导套图6.3导柱位置确定 采用四个直径相同的不对称布置7.塑件脱模机构的设计7.1脱模力的计算脱模力的大小与塑件的薄厚及其形状有关。 由于，为型芯的相对平均半径，为20mm，t为制件厚度，为5mm。，所以制件为厚壁制件。脱模力按壁厚公式计算： （式7.1）制件对型芯包紧产生的脱模力（N）使封闭壳体脱模需要克服的真空吸力，为型芯的截面积（），

19、0.1的单位是MPa。 （式7.2）E塑料的拉伸弹性模量，2MPa。塑料的平均收缩率，0.5%。塑料的泊松比，0.3。型芯的脱模斜度，1.5。h型芯脱模方向高度，46mm。脱模斜度修正系数，。制品与钢材表面之间的静摩擦系数，为。经计算，得：=0.42=8.13=7147N=580N=7728N7.2浇注系统凝料的脱出 由于采用侧浇口，所以用拉料杆。拉料杆的前端有冷料井。型芯与型腔分开时，塑件和凝料均留在动模一侧，最后在推杆脱模机构作用下一同从模具上脱出。8.侧向分型与抽芯机构的设计 侧向分型与抽芯机构，用来成型制品上的外侧凸起，凹槽和孔以及壳体制品的内侧局部凸起。该模具确定侧抽芯机构为斜导柱8

20、.1抽拔距与抽拔力的计算抽拔距:将侧向型芯或侧滑块从成型位置抽拔或分开至不妨碍制品脱模的距离称为对于断面为抽拔距。 侧凹分开至不影响制品脱模的距离。 抽拔力：抽出侧型芯或分离侧向凹模所需的力为抽拔力。 （式8.1） k型芯成型部分的截面平均周长，23mm。 h侧型芯部分高度，2mm。 p塑件对侧型芯的包紧力，10MPa。 u塑料在热状态时对钢的摩擦系数，0.25。 侧型芯的脱模斜度，2。计算得：F=205.49N8.2斜导柱的设计 斜导柱的尺寸和形状见图：图8.1斜导柱 斜导柱所受弯曲力计算斜导柱受到的作用力有抽拔阻力Q，弯曲力P和开模力F。弯曲力的计算： （式8.2）式中：Q抽拔阻力（与抽拔

21、力大小相等，方向相反） 斜导柱的倾角，18度。 斜导柱的尺寸计算斜导柱的直径：斜导柱的直径取决于它所受的最大弯曲力，将斜导柱所受最大弯曲力应小于许用弯曲力的原则。可推导斜导柱的直径为： （式8.3）斜导柱的长度：斜导柱的长度根据侧向型芯的抽拔距，斜导柱的直径，倾角和安装斜导柱的模板厚度来确定。 （式8.4） D斜导柱头部直径，为20mm。 斜导柱轴线与开模方向夹角，取18. h模板厚度 d斜导柱直径，15mm。 斜导柱有效导滑长度。 锥台长度。计算得L=108.04mm。 斜导柱的最小开模行程=8.3滑块的设计 本设计采用以滑块作为整体型芯的形式，类似线轮。滑块的导滑形式是燕尾槽，与导滑槽之间

22、的导滑部位采用间隙配合。9.温度调节系统的设计与计算9.1模具冷却系统的计算 注射条件：总注射时间50220s，取180s每次。 单个质量78.46g，用冷却水温度20度，出水温度25度。 塑料之间在固化时所放出的热量 （式9.1） 塑料比热容，为 塑料熔体的初始温度，为170度。 塑件在推出时的温度，为50度。 u结晶塑料的熔体质量焓，ABS为非结晶性塑料，值为0。计算得： 冷却水的体积流量塑料熔体具有的热量通过辐射和对流，约有5%扩散到空气中，而95%由模具传导。假设熔体带入的热量由模具传导，则有： （式9.2） 冷却水的体积流量 w单位时间内注入模具中的塑料熔体质量，为 单位质量的塑料熔

23、体在凝料时所放出的热量，为。 冷却水密度，为. 冷却水比热容，为 冷却水出口温度25度。 冷却水进口温度20度。计算得= 根据冷却水处于湍流状态下的流速与管道直径的关系，确定冷却管道直径d=8mm。表9.1冷却水的稳定湍流速度与流量水管直径（mm）最低流速流量（）流量（）81012152025301.661.321.100.870.660.530.440.0050.00620.00740.00920.01240.01550.018756.27.49.212.415.518.7 冷却水在管道内的平均流速 （式9.3） 冷却水的体积流量，为 d冷却管道直径，为0.008m。 v冷却水在管道中的平均

24、流速，为。 冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数 （式9.4） 冷却水在一定温度下的密度，。 v冷却水在管道内平均流速，为d冷却管道直径，为0.008m。表9.2不同水温下的f值平均水温05101520253035f4.915.305.686.076.456.487.227.60计算得 冷却管道总传热面积 （式9.5） w单位时间内注入模具的塑料熔体质量，为。 单位质量的塑料熔体在凝固时放出的热量，为。 h冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数，为。 模具温度与冷却水温度之间的平均温差，为15度。计算得 模具上应开设的冷却管道孔数 （式9.6） l冷却管道开设方向上模具长度或宽度，为0.315m

25、 A冷却管道总传热面积为 d冷却管道的直径，为0.008m计算得n=3.54.考虑到生产效率的提高，取n=4.9.2模具冷却回路的布置 模具冷却回路的形式应根据塑件的形状，型腔内温度分布及浇口位置等情况设计成不同形式。通常有型腔冷却和型芯冷却两种回路的结构形式。由于该制件成型时大部分在型腔一侧，并且根据模具结构和侧向抽芯机构的布置，选择型腔冷却回路。10.设计小结这次课程设计与所学专业密切相关，是在原来所学知识的基础上，结合塑料橡胶模具设计的综合运用。使这些知识得到巩固发展，初步培养了自己塑料注射模具设计的能力，树立正确的设计思路。本次设计完成了聚碳酸酯瓶盖的注塑模设计，通过对零件结构进行工艺

26、分析，再经过确定分型面、浇注系统的选择，确定了注射机的型号。再由成型零部件的尺寸，利用直导柱导向，斜导柱侧抽芯方式，并对模具的材料进行了选择，最后对模具进行校核，设计出整套模具的结构。并用Auto CAD绘制了一套模具装配图及零件图。从而完成整个课程设计。在这短短的两周时间里，我和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。我们从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书。学到很多原本学到的但不是很懂的知识，了解了一些设计的原理和过程。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。通过这次模具设计，我在多方面都有所提高。综合运用本专业所学课程的理论和生产

27、实际知识进行一次注射模具设计工作的实际训练从而培养和提高自己的独立工作能力，巩固与扩充了注射模具设计等课程所学的内容，掌握了注射模具设计的方法和步骤、基本的模具技能。懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计前，我对CAD制图软件运用并不熟练，认为自己在两周的时间内无法完成任务。因此，我在之前就反复进行练习，提高了自己作图的能力。这也是本次课程设计的一大收获。此外，这次设计过程中还有许多不如意和不完善的地方，通过这次的经历，希望以后会越做越好！参考文献资料1. 宋玉恒.塑料注射模具设计实用手册.北京：航空工业出版社，19952.田宝善 田雁晨 刘永.塑料注射模具设计技巧与实例.北京：化学工业出版社，20093.王栓虎.塑料模具设计与制造.南京：东南大学出版社，20084.申开智.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社，20035.叶久新 王群.塑料成型工艺及模具设计.北京：机械工业出版社，20076.贾润礼 .实用注塑模设计手册. 北京：中国轻工业出版社，20007.H.盖斯特罗.注射模设计108例.北京：国防工业出版社，20028.张荣清.模具制造工艺.北京:高等教育出版社，200627