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1、湖南科技大学塑料模具课程设计说明书课程设计题目： 塑料盖模具设计 学 生 姓 名： 学 院： 专业及班级： 学 号： 指导 教师： 2013 年 12月 2日目录(一) 摘要1(二) 塑件成型工艺性分析2(三) 拟定模具的结构形式和初选注射机4(四) 注射机型号的确定5(五) 浇注系统的设计-8(六) 成型零件的结构设计及计算-12(七) 脱模退出结构设计-16(八) 模架的确定-18(九) 排气槽的确定-18 （十）冷却系统的确定18 （十一）导向和定位机构的设计20 （十二）心得体会21 （十三）参考文献22 一 摘要在设计之前，学生已具备机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料
2、及热处理、模具制造工艺、塑料成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识，并已经过金工实习和生产实习，做过塑料成型实验、塑料模结构拆装实验。课程设计的基本目的是：1.加强对课堂知识的理解。通过课程设计可以使我们更熟悉书本知识，能更加熟练地运用书本知识。2.培养工程意识。通过课程设计，综合生产实际，贴近就业岗位，培养学生分析和解决机械制造工程的实际问题，培养工程意识，做到学以致用。3.训练基本技能。通过课程设计使学生掌握工艺规程和工艺装备设备设计的方法和步骤，初步具备设计工艺规程和工艺装备的能力，进一步培养学生识图、绘图、计算和编写技术文件的基本技能。4.培养质量意识。技术设计是根据产品质量
3、要求而进行的，应在保证质量的前提下，充分考虑生产率和经济性。通过课程设计，可强化质量意识，使学生学会协调技术性和经济性的矛盾。5.培养规范意识。通过课程设计，使学生养成遵守国家标准的习惯，学会使用与设计有关的手册、图册、标准和规范。 二 塑件成型工艺性分析2.1 塑件的分析(1)外形尺寸。该塑件壁厚为3mm4mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性较好，合适于注射成型。如图2-1 图2-1 塑件(2)精度等级。塑件每个尺寸的公差不一样，任务书已给定部分尺寸公差，未标注公差的尺寸取公差为MT5。(3)脱模斜度。PC的成型性能良好，成型收缩率较小，选择塑件上型芯和凹
4、模的统一脱模斜度为2。2.2 PC的性能分析(1) 使用性能 透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能很好，抗冲击抗蠕变性能突出，但耐磨性较差，有一定化学稳定性，不耐碱酮、酯等。在机械上用作齿轮、凸轮、蜗轮、滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等。（2）成型性能 成型收缩率为0.5%0.8%，流动性较差，吸湿性强，熔融温度高，熔体黏度大，成型前原料需干燥。黏度对温度敏感，制品要进行后处理。（3）主要性能指标 表2-1 PC的性能指标密度/kg dm-31.2抗拉屈服强度/MPa72比体积/dm3 kg-10.83拉伸弹性模量/MPa2.3103吸水率/%0.15,23,50%,RH抗弯强度/M
5、Pa113收缩率/%0.50.7冲击韧度/Kjm-255.890熔点/225250硬度/HB11.4M75热变形温度/132141体积电阻系数/kv mm-13.0610172.3 PC的注射成型过程及工艺参数 （1）注射成型过程成型前的准备 对PC的色泽，粒度和均匀度等进行检验，PC成型前须进行干燥，处理温度为6080，干燥时间为24h。注射过程 塑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的型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却阶段。塑件的后处理 退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为130135，处理时间为1h。（2）注射工艺参数注射机：螺杆式
6、，转速为28r/min。料筒温度t/：前段240285；中段230280；后段240285。喷嘴温度t/：240250；模具温度t/：90110；注射压力p/MPa：80130；成型时间s：104（注射时间初取50，冷却时间取50，高压时间取4） 三 拟定模具的结构形式和初选注射机3.1 分型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端面截面积最大且利于开模取出塑件的地平面上，其位置如图3-1所示。 图3-1 分型面的选择3.2 型腔数量和排位方式的确定（1）型腔数量的确定。由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结
7、构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。（2）型腔排列形式的确定。由于该模具选择的是一模四腔，其型腔中心距的确定见图4-2及说明故采用H形对称排列，使型腔进料平衡，如图3-2所示 图3-2型腔数量的排列布置（3） 模具结构形式的初步确定。由以上分析可知，本模具设计为一模四腔，对称H形直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板退出或推杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板,支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用大水口的单分型面注射模。 四 注射机
8、型号的确定4.1注射量的计算 通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图4-1所示塑件体积：V塑=20.88cm塑件质量：m塑=V塑=1.220.88=25.056g式中根据参考文献取1.2g/cm 图4-1 塑件质量属性图4.2浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。由于本次设计采用的流道简单且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和）为 V总=1.3nV塑=1.3420.9=108.6cm4.3选择注射机 根据以上计算得出在一次注射
9、过程中注入模具型腔的塑料的总体积为V总=108.6cm，由参考文献1式（4-18）V公/0.8=108.6/0.8=135.7 cm。根据以上的计算，初步选择公称注射量为200cm，注射机型号为SZ-200/120卧式注射机，其主要技术参数见表4-1。 表4-1注射机主要技术参数理论注射量/cm3200拉杆内向距/mm355385螺杆柱塞直径/mm42移模行程/mm350注射压力/MPa150最大模具厚度/mm400注射速率/gs-1120最小模具厚度/mm230塑化能力/kgh70锁模形式双曲肘螺杆转速/rmin-10220模具定位孔直径/mm125锁模力/kN1200喷嘴球直径/mm15喷
10、嘴孔直径/mm44.4注射机相关参数的校核（1）注射压力校核。查参考文献1表4-1可知，所需压力为80MPa130 MPa，这里取P0=110 MPa,该注射机的公称注射压力P公=150 MPa,注射压力安全系数k1=1.251.4,这里取k1=1.3，则：k1 P0=1.3110=143 MPaP公，所以注射机压力合格。（2）锁模力校核。塑件在分型面上的投影面积A塑=(60-8-45)/4=2698.63mm2浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括料口）在分型面上的投影面积A=的数值，可以按照多型腔模具的设计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于
11、本设计的流道比较简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。这里取A浇=0.2A塑。塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则A总=n（A塑A浇）=n（A塑0.2A塑）=41.2 A塑=12953.4mm2模具型腔内胀型力F胀= A总P模=12953.435=453.27kN 式中，P模是型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔的压力，通常取注射压力的20%40%,大致范围为25MPa45MPa。对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值，故P模取35MPa 由表5.1可知该注射机的公称锁模力F锁=1200kN,锁模力安全系数k2=1.11.2这里取k2=1.2,则取k2F胀=1.2
12、F胀=1.2453.27=544.04kNF锁，所以注射机锁模力满足要求。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。 五 浇注系统的设计5.1主流道的设计1)主流道尺寸（1）主流道的长度 一般有模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行计算。（2）主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸（0.51）mm=4.5mm。（3）主流道大端直径D=dL主tan(/2)=8mm.式中4。（4）主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径（12）mm=152=17mm。（5）球面配合高度 h=3mm.2)主流道的凝料体积 V主=L主（R2主r2主R主r主）/3=60
13、（4+2.25+42.25）3.14/3=1573.3cm3）主流道当量半径 Rn=(2.25+4)/2=3.125mm4） 主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套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。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。如图5-1所示。定位圈的结构由总装图来确定。 图5-1主流道浇口套5.2分流道的设计1）分流道的布置形式 为了尽量减少在流道
14、内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道 图5-2分流道的布置形式2）分流道的长度 根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中3）分流道的当量直径 流过一级分流道塑料的质量m=pV塑=1.220.882=50.112g200g 该塑件壁厚在3mm4mm之间，查得经验曲线可知分流道直径D=4，再根据单向分流道长度60mm查资料得修正系数fL=1.05，则分流道直径经修正后为D= DfL=4.935mm5mm4）分流道的界面形状 本设计采用梯形界面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。5）分流道的界面尺寸 设梯形的上底宽度为B
15、=6mm，底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取H=2B/3=4mm，设下底宽度为b，梯形面积应满足关系式（B+b）H/2=D/4带入计算得b=3.813mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算梯形斜度=10.6，符合要求。6）凝料体积（1）分流道的长度L分=（55+7.5+42.5）2=210mm。（2）分流道截面积 A分=（6+4.5）/24.5=21mm2（3）凝料体积 V分=L分A分=22021=4620mm=4.62cm 考虑圆弧的影响取V分=4.2cm7）校核剪切速率（1 )确定注射时间；查资料得t=2s。 （2）计算单边流道体量：q分=27.
16、59（3）由公式=可得到分=1.856x 该分流道的剪切速率处于浇口主流道和分流道的最佳剪切塑料5x-5x。故分流道的熔体剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去Ra1.25 2.5m。这里我们根据加工实际选取Ra1.6m，另外脱模斜度一般为510。而之前计算脱模斜度为10.6，脱模斜度足够。5.3浇口的设计 根据塑件的要求，不允许出现裂纹和变形，表面质量要求也较高，并采用一模四腔，为便于调整冲模时的剪切塑料和封闭时间，采用侧浇口，其界面形状简单，易加工，也便于试模后修正，且开设再分型面上，从型腔的边缘进料。1）侧浇口尺寸的确定（1）计算侧加工的深
17、度。根据表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式为h=nt=3x0.6=1.8mm其中，n是塑料成型系数，PC系数为0.7，t为塑件壁厚，这里取t=3mm。为了便于试模时发现问题并进行修模处理，参照文选查找ABS的侧浇口厚度为1.83mm，这里我们选择浇口深度为2mm。（2）计算侧浇口的宽度，根据侧浇口宽度公式B=可得。B=0.64mm0.7mm式中，n为塑料成型系数，PC取0.7，A为凹模的内表面积。（3）计算侧浇口的长度，根据表2-7可取侧浇口的长度L浇=1.00mm2）侧浇口的剪切速率的校核（1）确定注射时间:根据公称注塑体积，查1表2-3知，t=2s。（2）计算单边流道体积流量：q浇=10
18、.44（3）由公式=4x，可得到=260072.6x4x符合剪切速率。式中， 为矩形浇口的当量半径，即=0.075cm。5.4校核主流道的剪切速率1）计算主流道的体积流量 Q主=44.872)计算主流道的剪切速率 主=1.545x103可得到，主流道的剪切速率处于浇口和分流道最佳剪切速率5x-5x之间。则主流道剪切速率合格。5.5冷料穴的设计及计算 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴，由于该制件要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，采用球头拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力
19、使凝料从主流道衬套中脱出。 六 成型零件的结构设计及计算6.1成型零件的机构设计（1）凹模的结构设计。凹模是成型制品外表面的成型零件。其结构可分整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。这里采用整体嵌入式。（2）凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组合式两种类型。这里采用整体式型芯。6.2成型零件钢材选用 对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的强度、刚度、耐磨性及良好的抗疲劳性，还考虑它的机械加工性能和抛光性能。该塑件是大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。成型塑件型芯，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材也选用P20。6.3成型零件工作尺寸的计
20、算 采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件图给定的公差计算。（1） 凹模径向尺寸计算 塑件外部径向尺寸的转换l=60mm l=50.13 mm 根据公式：L=(1+S)L-x 计算可得：L=（1+0.006）X60-0.7X0 =60.36mmL=50.25mm=50.2mm（2）凹模深度尺寸计算 根据公式：H=(1+S)H-X 计算可得；H=30mm H=4.22 mm H=（1+0.006）x30-0.6x0.22 =30.05mm=30mmH=4mm（3）型芯径向尺寸计算 根据公式：l=(1+S)l-X 计算可得；l=(1+S)l+X=(1+0.006)x43.
21、74+0.7x0.26 =44.184mm=44.1mm(4) 型芯高度尺寸计算 根据公式：h=(1+S)h+X 计算可得；h=27 mm =26.78mmh=(1+S)h+X=(1+0.006)x26.78+0.6x0.22 =27.073mm=27mm（5）5 、8型芯径向尺寸计算 25、8自由公差按MT5查得：5、8，不需要转换，则根据公式：l=(1+S)l-X 计算可得；l=(1+S)l-X=(1+0.006)x5+0.7x0.24 =5.198mm=5.1mml=8.244mm=8.2mm(6) 成型孔的高度。 4x 5以及 8的成型芯是与凹模碰穿，所以高度应取正公差，便于修模。(7
22、) 成型孔间距的计算 C=(1+S)C=（1.006X26）0.018=26.1560.018=26.1mm塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标准如图6-1、图6-2所示。图6-1型腔图6-2型芯6.4成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1） 凹模侧壁厚度的计算。 凹模侧壁厚度与型芯内压强及凹模的深度有关。其厚度根据公式计算。可得S=（）=（）=25.16mm其中， =25=25x（0.45x30+0.001x30）=0.023mm凹模嵌件初定单边厚度选15mm，而壁厚不满足25.16mm要求，故凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中，由模板和型腔共同承受型腔压力。由于型腔采用H型直线对称结构布置，型腔
23、之间的壁厚为S1=120-60=60mm，由于是浅小型腔，间隔符合要求。初步估算模板平面尺寸选用300mmx300mm，比型腔布置尺寸大很多。完全符合强度和刚度要求。（2） 动模垫板的厚度计算。 动模垫板厚度与模架的两个垫块有跨度关系，根据前面型腔的布置。模架在200mm200mm的范围内。查表7-4垫块之间跨度约为L=(W-2)W=(300-258)=184mm，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力可计算动模垫板厚度为T=0.54L（）=51.5mm其中， =25=25（0.45184+0.001184）=0.0365mmL是两个垫块之间的距离，约184mm；L1是动模垫板的长度，取300mm
24、，A是4个型芯投影到动模垫板上的面积。单个型芯所受压力的面积为 A1=3.14/4542=2289.06mm,四个型芯的面积为 A=4A1=9156.24mm。动模垫板按照标准厚度取45mm。 七 脱模推出机构设计 本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出或两者综合推出方式，要根据脱模力计算来决定。7.1脱模力的计算 （1）44主型芯脱模力 因为=22/3=7.310，所以视为厚壁圆筒塑件，其脱模力为F=其中：K= =0.9536 为脱模斜度，为1=d=2r =2rhF= =3196.5N（2）4-5型芯脱模力 因=r/t=2.5/3=0.83310，所以也是厚壁圆筒的受力状态，同样根据上式
25、求得脱模力为F=4 =664.8N（3） 8小型芯脱模力 /t=27/3=9 通过上述计算，应力偏大，推出时有顶白或破顶破的可能，为安全起见，在此不采用推杆推出。2）采用推件板推出时的推出面积A板=1557.44mm2 =F/A=2.63MPa1.66 m/s6）求冷却管壁与水交界面的膜转热系数h 因为平均水温为23.5，查书的f=0.782，则h=35489.68kJ/（mhC）7)计算冷却水通道的导热总面积AA=0.0073 m8）计算模具冷却水管的总长度LL=0.0073/3.14x0.008=0.288mm9）冷却水路的根数，设每条水路长度为300mm，则冷却水路的根数为x=288/3
26、00=0.96根有上述可知，一条冷却水道足够满足冷却。 十一 导向和定位结构的设计 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合导向和脱模机构的运动想到。按作用分为外定位和模内定位。模外定位通过定位圈和注射机相配合，使模具的浇口套与注射机喷嘴精确定位。而模内定位机构通过导柱导套进行合模定位。本模具造型简单，故采用标准模架本身的定位机构。 十二 心得体会 经过为期两周的时间，终于完成了塑料模具的课程设计，设计成果包括一份说明书、一张装配图、四张零件图。在设计过程中虽然遇到不少困难，但通过查找资料书和同学相互讨论终于一一克服。巩固、加强、融合和扩展了塑料模具书中学到的理论知识；掌握了注射模设计的基本设计方法和步骤；提高有关计算、绘图能力和软件的使用能力，为今后从事设计工作打下艰实的基础。 十三 参考文献1伍先明，张蓉，杨军，周志冰. 塑料模具设计指导M. 国防工业出版社.2011.2李德群，唐志玉. 塑料与橡胶模具设计M. 北京：电子工业出版社.2007.3李建军，李德群. 模具设计基础及模具CADM. 机械工业出版社.2005.4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.
