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1、桂林理工大学塑料成形工艺与模具设计课程设计设计课题注射模设计说明书院 部 机械控制工程班 级 07机械（2）班姓 名 指导教师 2010年 01 月 14 日目录一、设计任务书2二、塑件成型工艺分析31.塑料成型特征32.塑件的结构工艺性33.塑件的生产批量44.初选注射机4三、分型面的选择及浇注系统的设计51.分型面的选择52.浇注系统的设计5四、模具设计的方案论证71.型腔的布局72.成型零件的结构73.推出机构的确定74.合模导向机构的设计85.冷却系统的设计论证8五、主要零部件的设计计算81.成型零件的成型尺寸计算82.模具型腔厚度的确定83.模具型腔模板总体尺寸的确定84.标准模架的
2、确定8六、注射机有关参数的校核81.模具闭合高度的确定92.模具闭合高度的校核94.模具开模行程的校核95.注射量的校核9七、绘制模具装配图10八、拆画零件图13九、相关表格17十、模具报价单20十一、参考资料21一、设计任务书塑件名称化妆品瓶盖图号SJ-03材料LPDE生产批量100万件技术要求 1.外表面要求光泽美观，无斑点和熔接痕，粗糙度为0.4m； 2.未注圆角为R0.2；3.未标出的拔模斜度取1。二、塑件成型工艺分析1.塑料成型特征低密度聚乙烯（LDPE）又称高压聚乙烯，为支链型线性分子结构的热塑性塑料。其结晶度为55%65%，相对分子质量较小，密度为0.910.94g/cm3，压缩
3、比为1.842.3，比热为2.30J/（g）。低密度聚乙烯的化学稳定性较高，能耐大多数酸、碱及盐的侵蚀，但不耐强氧化酸的腐蚀；除苯及汽油外，一般不溶于有机溶剂。低密度聚乙烯耐低温性能好，在-60下仍具有较好的力学性能，但其使用温度不高（在80以下）。低密度聚乙烯在热、光及氧的作用下会发生老化变脆，力学性能和电性能下降。在成型时，氧化会引熔体黏度下降和变色，产生条纹，影响塑件质量。因此，需添加抗氧化剂及紫外线吸收剂等。低密度聚乙烯的成型特性为：（1） 成型性好，可采用注射、挤出及吹塑等成型加工方法。（2） 吸湿性小，成型前可不干燥。（3） 熔体黏度下，流动性 好，溢边值为0.02mm;流动性对压
4、力敏感，宜采用较高的压力注射。（4） 可能发生溶体破裂，与有机溶剂接触会发生开裂。（5） 成型温度范围为160240。熔融温度低且塑件质量轻，考虑到塑件质量及效率可采用螺旋式注射机成型。应严格控制模具温度，一般以3565为宜，模具应采用调制处理。（6） 收缩率大而且波动范围大，应严格控制模温，保证冷却均匀稳定。（7） 易产生应力集中，应严格控制成型条件，塑件成型后应进行退火处理，以消除内应力；塑件壁厚宜小，应避免有尖角，脱模斜度宜取13。（8） 质软易脱模，当塑件有浅侧凸（凹）时，可强行脱模。此塑件的螺纹成型应采用强行脱模方式。2.塑件的结构工艺性（1） 塑件的尺寸精度分析此塑件的尺寸精度无特
5、殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT7级精度查取公差，其主要尺寸的公差要求见p18表3-1。（2） 塑件表面质量分析此塑件的外表面要求光泽美观，无斑点和熔接痕，粗糙度取Ra0.4m；内表面无特殊要求粗糙度Ra可取3.2m。（3） 塑件的结构工艺性分析从图纸上分析，此塑件的外形为回转体，设计合理易脱模；壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求；在塑件内壁有M61的螺纹孔及加强筋，查有关表可知螺纹牙型强度足够，在推荐范围内，加强筋的设计也符合要求；低密度聚乙烯为软塑料，螺纹可强制脱模成型，但要注意为了防止螺孔最外圈的螺纹崩裂或变形，螺纹始末端应有0.20.8mm的台阶，始末的螺纹应渐渐开始结束，有l=
6、2mm的过渡长度，如图3-3所示。此塑件端部已开有0.2的台阶，在设计型芯时只需按尺寸即可。综合来看，此塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。在注射成型生产时，制药工艺参数控制得当，此塑件是比较容易成型的。3.塑件的生产批量此塑件的生产类型是大批量生产，因此在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命自动脱模模具，以便降低生产成本。4.初选注射机（1） 计算塑件体积和质量塑件的体积计算：经计算（计算过程略）得到塑件的体积为V1.159103mm3塑件的质量计算：查有关手册，取低密度聚乙烯的密度为=0.92g/cm3，所以塑件的质量为=V=1.1590.921.07g（2） 确定
7、型腔数量此塑件结构简单，单个塑件的体积较小约为cm3，且此塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生产率，决定采用一模四件的模具结构，型腔环形分布在型腔板上，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。（3） 确定成型设备由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，由此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：W=4+废料=41.07+1.0720%=4.494g由于塑件的材料为低密度聚乙烯，根据塑件的结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选SZ-25/20柱塞式注射机，据查有关资料可列出该注射机的主要技术参数，见p17表3-2。确定注射成型的工艺参数根据所选用材料（LDP
8、E）的特性和此塑件自身的成型特点，查阅有关资料，确定注射成型工艺参数，见p20表3-3虽然塑件体积、壁厚不大，但次塑件生产类型为大批量，加上低密度聚乙烯比热容大、冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要去有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成型周期，提高生产率。三、分型面的选择及浇注系统的设计1.分型面的选择此塑件为美容护肤品瓶盖，外形表面质量要求较高。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、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图3-4所示。另外，
9、为了提高自动化程度和生产率，减少低密度聚乙烯的取向变形以及保证塑件表面质量，决定采用点浇口；而模具采用了双分型面机构，一个分型面用于成型塑件，另一个分型面用于取出浇注系统凝料。2.浇注系统的设计（1） 主流道设计由表3-2可知，-型注射机喷嘴的有关尺寸为：喷嘴孔直径的do=3喷嘴前端球面半径Ro=10根据模具主流道与喷嘴的关系得到：主流道进口端球面半径R=Ro+（12）=10+（12）mm，取R=12mm主流道进口端孔直径d=do+0.5=3+0.5mm，取d=3.5mm为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度取4；同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm的
10、圆弧过渡。主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套，浇口套的形状及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套；为了能与注塑机的定位圈相配合，采用外加定位环的方式，这样不仅减少了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用中的磨损。（2） 分流道设计此塑件的体积比较小，形状比较简单，壁厚均匀，且塑料的流动性好，可以采用单点进料的方式。为便于加工，采用最为常用的截面形状为U形的分流道。查分流道横截面及其尺寸的有关资料，取U形分流道截面半径R=2mm，h=2.55mm。分流道截面形状及尺寸如图3-5所示。（3） 点浇口设计由于此塑件外观质量要求较高，所以浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结
11、构更简单。根据对此塑件结构的分析，并结合已确定的分型面位置，选择如图3-6所示的点浇口进料方式。根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件顶部。点浇口的直径尺寸可以根据塑料按塑件平均厚度查相关表确定。 （4） 冷料穴设计低密度聚乙烯质软高弹的特点要求采用带球头形拉杆的冷料井，定模板的分流道尽头钻小斜孔，一次分型时斜孔内凝料使点浇口与塑件分离，同时球头形拉料杆将主流道的凝料拔出；而二次分型时凝料被定模板刮掉下来，实现浇注系统与塑件的自动分离与脱出，自动化程度高，劳动强度小。四、模具设计的方案论证1.型腔的布局由于塑件的外形是圆形，各方向尺寸一致，且塑件结构简单，不需要侧向分型，
12、所以型腔的排列方式只有一种，即左右对称分布在模板两侧，如图3-7所示。2.成型零件的结构（1） 模具的型腔采用整体式整体式型腔是直接加工在型腔板上的，有较高的强度和刚度，使用中不易发生变形。由于此塑件尺寸较小，最大处也只有24mm，且形状简单，型腔加工容易实现，故可以采用整体式结构。（2） 模具的型芯采用整体镶嵌式整体镶嵌式型芯可节省贵重模具钢，便于加工和热处理，修理更换方便，同时也有利于型芯冷却和排气。由于此塑件具有螺纹，考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本，故采用整体镶嵌式型芯。3.推出机构的确定根据塑件的形状特点，确定模具型腔在定模部分，模具型芯在动模部分。塑件成型开模后，塑件与型芯一起
13、留在动模一侧。此塑件有螺纹，螺纹部分是由螺纹型芯成型的。由于成型此塑件的塑料（LDPE）有很好的弹性，可以采用强制脱模的方式，且螺纹尺寸小，螺纹牙细小，不需很大的脱模力，故采用推件杆推出机构。推杆的端面一般应高出型芯或型腔表面0.050.1mm，与其配合孔一般采用H8/f7的配合，配合长度取直径的1.52倍，通常不小于10mm。4.合模导向机构的设计此塑件精度要求不算高，塑件形状、型腔分布对称，无明显单边注射侧向力，可采用最常见的导柱导向定位机构。在动模板、定模板间使用四对导柱；在定模座板与定模板间采用四对限距拉杆，不仅起到限制第一次分型距的作用（所限距离要确保能取出凝料），同时还起到导向定位
14、定模座板与定模板的作用。5.冷却系统的设计论证此塑件采用大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产率；且低密度聚乙烯为结晶型塑料，成型时需要充分、均匀冷却，但应型芯尺寸小、长度短，故在动模板上开冷却水道，采用冷却水进行循环冷却型芯；型腔可才用相同的方式进行冷却。五、主要零部件的设计计算1.成型零件的成型尺寸计算此塑件的材料是一种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。前面已经查得低密度聚乙烯的收缩率为1.5%3%，故其平均收缩率为Scp=（1.5+3）%/2=2.25%=0.0225根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差取z=/3。成型零件尺寸的计算见p19表3-42.模具型腔厚
15、度的确定采用经验数据法，直接查阅设计手册中的有关表格，得此型腔的推荐壁厚为25mm。3.模具型腔模板总体尺寸的确定此模具单腔直径为24mm,环形分布于25的圆形上，根据确定的型腔壁厚尺寸25mm，综合以上数据，确定型腔模板的总体尺寸为B LH，其中B=125mm，L=125mm，H=40mm。4.标准模架的确定本塑件采用点浇口注射成型，根据模具结构形式、型腔数量、塑件尺寸、冷却水道的分布等因素，查有关资料，选择P2-160250-43-Z1型标准模架。六、注射机有关参数的校核1. 模具闭合高度的确定组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有：定模座板为H1=16mm；型腔板为H2=32mm；型芯
16、固定板为H3=20mm；支承板为H4=20mm；垫块为H5=40mm；动模座版为H6=16mm。则此模具闭合高度为H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=16+32+20+20+40+16=144mm2. 模具闭合高度的校核由于SZ-20/25型注射机所允许的模具最小厚度Hmin=110mm；模具最大厚度Hmax=220mm，而计算得模具闭合高度H=144mm，所以模具闭合高度满足HminHHmax的安装条件。3. 模具安装部分的校核此模具的外形最大部分尺寸为160mm160mm，SZ-20/25型注射机模板最大安装尺寸为320mm200mm，故能满足安装的要求。4. 模具开模行程的校核开模行
17、程也叫合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符号S表示。SZ-20/25型注射机的最大开模行程Smax=210mm。为了使塑件成型后能够顺利脱模，并结合此模具的双分型面特点，确定此模具的开模行程S应满足SmaxH1+H2+a+（510）=（12+5）+13+40+7=77mm式中H1塑件所用的脱模距离，mm；H2塑件高度，mm；a取出浇注系统凝料所需的长度，mm。 因Smax=210mm77mm，故此注射机的开模行程满足要求。5. 注射量的校核在一个注射成型周期内，注塑模具内所需塑料熔体总量（mi）与模具浇注系统的容积和型腔容积有关，其值用下式计算：mi=Nms+mj式中 N型腔数量
18、ms单个制品的质量或体积，g或cm3。mj浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g或cm3。已知N=4、ms=1.16cm3，经估算mj0.8cm3，则mi5.44cm3。SZ-20/25型注射机的额定注射量为mI=20cm3，为使注射成型过程稳定可靠，应有mi=（0.10.8）mI=216cm3因此，此注射机的注射量满足模具的要求。七、绘制模具装配图根据设计计算的结果绘制模具装配图及爆炸图，如图3-24和3-9所示。需要注意的是在装配图上应画出塑件图，并标注主要尺寸，以便于更好地理解模具结构原理。图3-9八、拆画零件图根据设计要求拆画出必要的模具零件图，如图3-103-14所示。图3-10图3
19、-11图3-12图3-13图3-14九、相关表格表3-2SZ-25/20型注射机的主要技术参数序号主要技术参数项目参数数值1额定注射量/cm3252锁模力/kN2003注射压力/MPa2004最大注射面积/cm24005动、定模模板最大安装尺寸/mmmm3202006最大模具厚度/mm2207最小模具厚度/mm1108模板最大行程/mm2109喷嘴前端球面半径/mm1010喷嘴孔直径/mm311定位圈直径/mm55表3-1 塑件上主要尺寸的公差要求（按MT7级精度查取）塑件标注尺寸塑件尺寸公差外形尺寸24-0 0.8810-0 0.588-0 0.580.5-0 0.3813-0 0.880.
20、5-0 0.587-0 0.580.4-0 0.38R0.15-0 0.383-0 0.38内形尺寸dM大=6+0.48 0dM中=5.350+0.48 0dM小=4.959+0.48 022.8+0.88 07+0.58 04+0.48 022+0.88 010+0.58 00.3+0.38 012+0.68 0表3-4成型零件的尺寸的计算径向尺寸尺寸类别塑件尺寸计算公式型腔、型芯工作尺寸型腔径向尺寸24-0 0.88Lm=（Ls+LsScp-）+ 0z23.88+0.29 022+0.88 0Lm=（Ls+LsScp+）-0 z23.16-0 0.2910+0.58 0Lm=（Ls+LsS
21、cp+）-0 z10.66-0 0.19型芯径向尺寸dM大=6+0.48 0lm=(1+ lsScp)dm大+b-0 中6.335-0 0.03dM中=5.350+0.48 0lm=(1+ lsScp)dm中+b-0 中5.620-0 0.02dM小=4.959+0.48 0lm=(1+ lsScp)dm小+b-0 中5.270-0 0.0322.8+0.88 0lm=（ls+lsScp+）-0 z23.97-0 0.2923.6+0.88 0lm=（ls+lsScp+）-0 z24.79-0 0.297+0.58 0lm=（ls+lsScp+）-0 z7.59-0 0.194+0.48 0l
22、m=（ls+lsScp+）-0 z4.45-0 0.195-0 0.48lm=（ls+lsScp-）+ 0z4.76+0.16 08-0 0.58lm=（ls+lsScp-）+ 0z7.75+0.19 00.4-0 0.38lm=（ls+lsScp-）+ 0z0.13+0.13 010-0 0.58lm=（ls+lsScp-）+ 0z9.79+0.19 0轴向尺寸型腔的轴向尺寸13-0 0.88Hm=（Hs+HsScp-）+ 0z12.71+0.29 03+0.48 0Hm=（Hs+HsScp+）-0 z3.39-0 0.16型芯的轴向尺寸12+0.88 0lm=（hs+hsScp+）-0 z
23、12.86-0 0.296+0.48 0lm=（hs+hsScp+）-0 z6.45-0 0.160.3+0.38 0lm=（hs+hsScp+）-0 z0.56-0 0.130.5+0.38 0lm=（hs+hsScp+）-0 z0.76-0 0.137-0 0.58hm=（hs+hsScp-）+ 0z6.77+0.19 0表3-3 塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容成型时间注射时间05保压时间1560料筒温度t/后段140160冷却时间1560中段总周期40140前段170200螺杆转速n/（rmin-1）喷嘴温度t/方法退火处理模具温度t/150170温度t/循环烘箱1020
24、注射压力p/ MPa60100时间/h812 十、模具报价单材料费(A)注射材料PE型腔数2+2模架结构P2-200250-30-Z1GB/T12556.1-1990标准模架A板厚度为32B板为20模架费用6700元标准件费用630元电极费用1700元材料采购及报废风险费用10024元20%=2004元合计11034元设备加工费（B）CNC加工费2300元车床、磨床加工费用1300元电加工费7500元合计11100元人工加工费用（C）钳工工时/h358时工时薪资（/元/h）45合计16110元其他（D）设计费用2770元试模费用1000元管理费1000元其他费用2300元合计7070元利润E=（A+B+C+D）20%9062元税收F=（A+B+C+D+E）10%3224元模具造价G=A+B+C+D+E+F约35466元十一、参考资料1.塑料模具设计与指导资料汇编 主编：廖月莹 何冰强 大连理工大学出版社2.塑料工艺与模具设计 主编：高汉华 廖月莹 大连理工大学出版社3.塑料模具钢应用手册 化学工业出版社4.塑模设计与制造 北京大学出版社5.机械制图与CAD（机类） 中南理工大学出版社6.公差配合与技术测量（第2版） 机械工业出版社7.Pro/E实用教程 人民邮电出版社
