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1、课程设计COURSE PROJECT题目： 注塑模课程设计 系别： 机械工程系 专业： 08材料成型及控制工程（2）班 学制： 四年 姓名： 学号： 导师： 2011年 9 月 15 日目录第一章 塑件成型工艺分析31.1 塑件分析31.1.1、外形尺寸分析31.1.2、精度等级分析41.1.3、脱模斜度41.2 ABS的性能分析51.2.1、使用性能51.2.2、成型性能51.3 ABS的注射成型过程及工艺参数61.3.1、注射成型过程61.3.2、注射工艺参数6第二章 模具结构形式的拟定62.1 分型面的确定62.1.1、分型面的形式62.1.2、分型面的选择原则62.1.3本设计分型面的
2、选择72.2 型腔数量和排列方式的确定72.2.1、型腔数量的确定72.2.2、型腔排列形式的确定82.2.3、模具结构形式的确定82.3 注射机型号的确定82.3.1、注射量的计算82.3.2、浇注系统凝料体积的初步估计92.3.3、注塑机的选择92.3.4、注塑机的相关参数校核9第三章 浇注系统的设计103.1 主流道设计103.1.1、主流道尺寸113.1.2、主流道的凝料体积113.1.3、主流道当量半径113.1.4、主流道浇口套的形式113.2 分流道设计123.2.1、分流道设计原则123.2.2、分流道的布置形式123.2.3、分流道相应参数的确定123.2.4校核剪切速率13
3、3.3 浇口的设计133.3.1、侧浇口尺寸的确定133.3.2、侧浇口剪切速率的校核143.4 校核主流道的剪切速率143.5 冷料穴的设计与计算15第四章 成型零件的结构设计及计算154.1 成型零件的结构设计154.1.1、凹模的结构设计154.1.2、凸模的结构设计164.2 成型零件钢材的选用174.3 成型零件工作尺寸的计算174.3.1、凹模径向尺寸的计算174.3.2、凹模深度尺寸的计算184.3.3、型芯径向尺寸的计算184.3.4、型芯高度尺寸的计算194.3.5、成型孔间距的计算194.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算204.1.1、凹模侧壁厚度的计算20第五章 模架
4、的确定205.1 各模板尺寸的确定205.2 模架各尺寸的校核21第六章 冷却系统的设计216.1 冷却介质216.2 冷却系统的简单计算216.2.1、单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W216.2.2、其他相关参数计算226.3 凹模的冷却系统设计22第七章 脱模推出机构的设计237.1 退出方式的确定237.2 脱模力的计算237.2.1、圆柱大型芯脱模力237.2.2、校核推出机构作用在塑件上的单位应力23参考文献24第一章 塑件成型工艺分析1.1 塑件分析1.1.1、外形尺寸分析 该塑件壁厚为4mm，其外形尺寸不大，同时塑料熔体流程不太长；有台阶，但不影响模具制造，适合于注塑模成
5、型，如图1-1所示。 图1-11.1.2、精度等级分析 塑件精度等级为MT5，未标注尺寸都是按照这一精度查取的，属于较低精度的塑件。1.1.3、脱模斜度 ABS属于无定形塑料，成型收缩率较小为（0.40.7）%，按照表1-1选择型芯和凹模的统一脱模斜度为1。 表1-1 常用塑料的脱模斜度塑料名称脱模斜度凹模凸模聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、氯酰胺、氯化聚醚25452045硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜35403050聚苯乙烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛351303040热固性塑料254020501.2 ABS的性能分析1.2.1、使用性能 ABS塑料综合性能良好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化
6、学性、电器性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减磨零件、传动零件和结构零件。1.2.2、成型性能 1、无定型塑料 其品种很多，各品种的机电性能及成成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。 2、吸湿性强 该塑料含水量小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件硬要求长时间预热。 3、流动性中等 溢边料0.04mm左右。 4、模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。避免退出力过大或机械加工时塑件表面呈白色痕迹。1.2.3、ABS的主要性能指标见表1-2。 表1-2 ABS的性能指标密度/1.021.08屈服密度/Mp50比体积/0.86
7、0.98拉伸强度/Mp38吸水率（%）0.20.4拉伸弹性模量/Mp熔点/130160抗弯强度/Mp80计算收缩率（%）0.40.7抗压强度/Mp53比热容/1470弯曲弹性模量/Mp1.3 ABS的注射成型过程及工艺参数1.3.1、注射成型过程 1、成型前准备 对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。 2、注射过程 塑料原料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却5个阶段。 3、塑件的后处理 处理的介质为空气和水，处理温度6075，处理时间为1620s。1.3.2、注射
8、工艺参数 1、注射机：螺旋式，螺杆转数为30r/min。 2、料筒温度（）：后段 150170； 中段 165180； 前段 180200。 3、喷嘴温度（）：170180。 4、模具温度（）：5080。 5、注射压力（Mpa）：60100。 6、成型时间（s）：30s（注射时间取1.61s，冷却时间20.4s，辅助时间8s）。第二章 模具结构形式的拟定2.1 分型面的确定2.1.1、分型面的形式 分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件等有关，常见的形式有：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面和平面、曲面分型面。2.1.2、分型面的选择原则 1、复合塑件脱模的基本要
9、求，就是能使塑件从模具中取出，分型面应设在脱模方向最大的投影边缘部位； 2、分型线不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面； 3、确定塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观面； 4、确保塑件质量； 5、要立秋尽量避免成型孔、侧凹，若须要滑块成型，力求滑块结构简单，尽量避免定模滑块； 6、满足模具的锁紧要求，将塑件投影面积最大的方向放在定动模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面；另外，分型面是曲面的，应加斜面锁紧； 7、合理安排浇注系统，特别是浇口位置，有利于开模。2.1.3本设计分型面的选择 通过对塑件的结构形式的分析，同时根据以上分型面的选择原则的综合考虑，
10、决定将分型面选在塑件面积最大且有利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图2-1所示。 图2-12.2 型腔数量和排列方式的确定2.2.1、型腔数量的确定 该塑件采用的精度是MT5，属于较低精度，且生产量为大批量生产，故可采用一模多腔的结构形式。同时考虑到模具尺寸与塑件尺寸之间的关系，加之制造成本和经济利益的因素，决定选用一模两腔的模具结构形式。2.2.2、型腔排列形式的确定 1、型腔排列的一般原则 （1）流动长度要适当，流道废料尽量少，浇口位置要合适统一，进料要平衡，还要使型腔压力平衡； （2）排位应保证流道、浇口套距定模型腔边缘有一定的距离，以满足封胶要求； （3）排位应满足模具结构等空间要求
11、； （4）为了使模具达到较好的冷却效果，排位应注意螺钉、推杆对冷却水孔的影响，预留冷却水空的位置； （5）排位要尽可能紧凑，以减小模具的外形尺寸，且长宽比例要适中，同时也要考虑注射机的要求。 2、型腔排列形式的确定 综合考虑上述排列原则及加工难度、经济性、效率、成本等因素，又由于本设计选择的是一模两腔，故采用直线式对称排列。2.2.3、模具结构形式的确定 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔结构，对称直线式排列型腔，根据塑件结构形状，推出机构采用推件杆的推出形式。 浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且设在分型面上。因此，定模部分不需要单独分开设分型面取出凝料，动模部分需要添加
12、型芯固定板、支撑板和脱模板。 由上述综合分析可确定选用带推件杆的单分型面的注射模。2.3 注射机型号的确定2.3.1、注射量的计算 1、注射的体积 2、塑件质量m的计算2.3.2、浇注系统凝料体积的初步估计 虽然设计之前难以确定浇注系统凝料的准确数值，但可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统凝料按塑件体积的0.3倍来估算。故，一次注入模具型腔的塑料熔体的总体积为：2.3.3、注塑机的选择 根据计算得出一次注塑模具型腔的塑料总体积,并结合参【1】式4-18有：。根据以上计算，初步选定公称注射量为，根据参【2】表5-1，选注射机型号为SX-ZY-50
13、0卧式注射机。其主要技术参数见表2-1。 表2-1 注塑机的主要技术参数理论注射量/500移模行程/mm500螺杆直径/mm65最大模具厚度/mm300注射压力/Mpa104最小模具厚度/mm200注射速率/105锁模形式液压-机械塑化能力/45模具定位孔直径/mm螺杆转速/2080喷嘴球半径/mm18锁模力/KN3500000喷嘴口径/mm7.5拉杆内间距/mm2.3.4、注塑机的相关参数校核 1、注射压力校核 查参【1】表4-1知，ABS所需注射压力为80110Mpa，在这里取，该注射机的公称压力，注射压力安全系数，这里取，则： ，所以，注射机压力合格。 2、锁模力校核 （1）塑件在分型面
14、上的投影面积： （2）浇注系统在分型面上的投影面积： 即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积。按照多型腔模的统计分析来确定，即是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍。由于本次设计流道简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小一点，这里取。 （3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积： （4）模具型腔内的胀形力： 式中是型腔的平均压力值，通常取注射压力的20%40%。对于粘度较大的塑料制品应取大值，ABS塑料属于中等粘度的塑料，故取35Mpa。查表2-1，可得该注射机的公称锁模力，锁模力的安全系数为，这里取1.2，则，所以，注射机锁模力合格。第三章 浇注系统的设计3.1
15、主流道设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于其与高温熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。3.1.1、主流道尺寸 1、主流道长度 小型模具应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行设计。 2、主流道小端直径 3、主流道大端直径 4、主流道球面半径 5、球面的配合高度 取3.1.2、主流道的凝料体积 3.1.3、主流道当量半径 3.1.4、主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道
16、小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时，也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为5055HRC。3.2 分流道设计3.2.1、分流道设计原则 1、塑料流经分流道时的压力损失及温度损失要小； 2、分流道的固化时间应稍后于制品的固化时间，以利于压力的传递及保压； 3、保证塑料迅速而均匀地进入各型腔； 4、分流道的长度应尽可能短，其容积要小； 5、要便于加工和刀具选择。3.2.2、分流道的布置形式 根据上
17、面的设计原则，考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式中的单排式分流道。3.2.3、分流道相应参数的确定 1、分流道的长度 由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计时分流道设计可适当选小一些。单边分流道长度取 2、分流道的当量直径 因为塑件的质量，根据参【1】式4-16得，分流道当量直径为： 3、分流道截面形状 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、六角形等，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上。综合考虑各方面的因素，本设计决定采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失和流动主力均
18、不大。 4、分流道截面尺寸 设梯形下底宽度为，底面圆角的半径，并根据参【1】表4-6设梯形高度，则该梯形的截面积为： 再根据该面积与当量直径为4.5mm的园面积相等，可得：，即可得：，则梯形的上底约为22.7mm。 5、凝料体积计算 （1）分流道长度； （2）分流道截面积； （3）凝料体积。 6、分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道表面粗糙度要求不是很低，一般在即可，此处取。另外，脱模斜度一般在之间，这里取脱模斜度为。3.2.4校核剪切速率 1、确定注射时间：查参【1】表4-8，可取； 2、计算分流道体积流量：； 3、由参【1】式4-20可得剪切速率 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的
19、最佳剪切速率之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。3.3 浇口的设计 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，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。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。3.3.1、侧浇口尺寸的确定 1、计算侧浇口深度 根据参【1】表4-10可得，侧浇口的深度h计算公式为： 式中，t是塑件厚度，这里t=4mm；n是塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n=0.7。 在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，以便今后在试模时发现问题进行修模处理，并根据参【1】表4-9中推荐的ABS浇口厚度为，故此处
20、浇口深度h取1.3mm。 2、计算浇口的宽度 根据参【1】表4-10，可得侧浇口的宽度B计算公式为： 式中，n是塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n=.07；A是凹模的内表面积（约等于塑料外表面积）。3.3.2、侧浇口剪切速率的校核 1、计算浇口的当量直径 由面积相等可得，由此可得矩形浇口的当量半径。 2、校核浇口的剪切速率 （1）确定注射时间：查参【1】表4-8，可取； （2）计算浇口的体积流量： (3)计算浇口的剪切速率 由参【1】式4-20可得：，则 该矩形浇口的剪切速率处于浇口分流道的最佳剪切速率之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。3.4 校核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体
21、积、主流道体积、分流道体积（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。 1、计算主流道的体积流量 2、计算主流道的剪切速率 主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。3.5 冷料穴的设计与计算 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入熔体型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头型拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。第四章 成型零件的结构设计及计算4.1 成型零件
22、的结构设计4.1.1、凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶嵌式四种形式。根据对塑件的结构分析，本设计采用整体式凹模，如图4-1所示。 图4-14.1.2、凸模的结构设计 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。通过对塑件的结构分析可知，因塑件包紧力较大，故设在动模部分，如图4-2所示。 图4-24.2 成型零件钢材的选用 根据对成型零件的综合分析，该塑件的成型零件需具有足够的耐磨性和良好的抗疲劳性能，又因为该塑件为大批量生产，所以凹模材料选用40Cr。对于大型芯而言，由于开模时与塑件磨损严重，因此
23、选用合金工具钢Cr12MoV。4.3 成型零件工作尺寸的计算 采用参【1】表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照精度MT5查表得出的公差计算。4.3.1、凹模径向尺寸的计算 塑件外部径向部分尺寸的转换：，相应的塑件制造公差。 式中，是塑件的平均收缩率，查参【1】表1-2可得ABS得收缩率为，其平均收缩率；是系数，查参【1】表4-15可知一般在之间，此处取；是塑件上相应尺寸的按相应精度查的公差（下同）；是塑件上相应的尺寸制造公差，对于小中型塑件取（下同）。4.3.2、凹模深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的转换：塑件高度的最大尺寸，相应的。 式中是系数，查参【1】表4-15可知
24、一般在4.3.3、型芯径向尺寸的计算定模型芯径向尺寸的计算 塑件外部径向部分尺寸的转换：； 动模型芯径向尺寸的计算 式中是系数，查参【1】表4-15可知一般在4.3.4、型芯高度尺寸的计算 1、成型塑件内腔大截面型芯高度 塑件尺寸转换： 式中是系数，查参【1】表4-15可知一般在 2、成型塑件小截面型芯高度 塑件尺寸转换： 式中是系数，查参【1】表4-15可知一般在4.3.5、成型孔间距的计算 塑件型芯及凹模的成型尺寸的标注如图4-3 图4-34.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算4.1.1、凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模深度有关，根据型腔的布置来确定。第五章 模架的确定
25、5.1 各模板尺寸的确定 1、定模型腔板尺寸 塑件的高度为35mm，凹模深度为30mm，又考虑到模板上还要开设水道，还需留出足够的距离，故该板厚取40mm。 2、型芯固定板尺寸 按模架标准，板厚取32mm。 3、垫块尺寸 根据垫块=推出行程+推件杆推送长度+推件杆固定板厚度+（）mm =35+12.5+16+（）mm=mm，初步选定为80mm。 经过上述尺寸的计算，模架面板尺寸为200mm315mm，模架结构形式为型的标准模架。其外形尺寸：宽长高=200mm315mm240mm。如图5-1所示。 图5-15.2 模架各尺寸的校核根据所选注射机的参数来校核模具设计的尺寸： 1、模具平面尺寸355
26、mm500mm515mm515mm，校核合格； 2、模具高度尺寸408mm，315mm408mm450mm，校核合格。第六章 冷却系统的设计6.1 冷却介质 ABS属于中等粘度材料，其成型温度及模具温度分别是200和，所以模具温度初步选定为50，用常温水对模具进行冷却。6.2 冷却系统的简单计算6.2.1、单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W 1、塑料制品的体积 2、塑料制品的质量 3、塑件壁厚为4mm，查参【1】表4-34得。注射时间为2.5s，脱模时间为7.5s，则注射周期。由此得每小时注射次数 4、单位时间内注射入模具中的速率熔体总质量： 6.2.2、其他相关参数计算 1、单位质量的
27、塑件在凝固时所放出的热量：查参【1】表4-35直接可知ABS的单位热量的值范围在之间，故可取 2、计算冷却水的体积流量 设冷却水道入水口的水温为，出水口的水温为，取水的密度为，水的比热容。则根据公式可得： 3、确定冷却水路的直径d 当时，查参【1】表4-30可知模具冷却水孔的直径d=20mm。 4、冷却水在管内的流速v 5、求冷却壁与水交界面得膜传热系数h 因为平均水温为23.5，查参【1】表4-31可得，则有： 6、计算冷却水道的导热面积 7、计算模具所需冷却水管的总长度L 为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。6.3 凹模的冷却系统设计 凹模的冷却系统的计算与方法与以上类似，凹模
28、小型芯使用的是空冷。第七章 脱模推出机构的设计7.1 退出方式的确定 本设计采用推杆退出塑件，为了减小塑件的变形，推杆设在凸模内部，且在两孔中心线上，靠近塑件直壁处。为了减小摩擦，采用圆形推杆，取推杆R=5mm。7.2 脱模力的计算7.2.1、圆柱大型芯脱模力 因为，所以，此处视为薄壁圆筒塑件，根据参【1】式4-24，脱模力为： 7.2.2、校核推出机构作用在塑件上的单位应力 1、推出面积 2、推出应力 ，合格。 总结通过本次课程设计的练习，我对以前的知识有了更深的了解。在完成设计任务的同时，对设计方法、实验验证、文献资料的查阅、各种设计规范和设计标准的运用以及文档的撰写等方面的能力要求，需要
29、得到全面的训练与提高。在课程设计的过程中，有很多不够了解的问题，感谢同学们和老师的帮忙解答,这次课程设计，为我以后的学习和工作提供了很多有益的经验。参考文献1叶久新，王群.塑料成型工艺及模具设计M.北京：机械工业出版社，2007.2王卫卫.材料成型设备M.北京：机械工业出版社，2010.3塑料模具设计手册编写组.塑料模设计手册（第二版）M.北京：机械工业出版社，1999.4冯炳尧，韩泰荣，蒋文森.模具设计与制造简明手册（第二版）M.上海：上海科学技术出版社.5孙玲.塑料成型工艺与模具设计M.北京：清华大学出版社，2008.6申开智.塑料模具设计与制造M.北京：化学工业出版社，2006.7何光远，杨铿，路甬祥.中国模具设计大典M.江西：江西科学技术出版社，2002.
