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1、塑料成型与模具设计课程设计说明书 盘丝包装盒注射模具设计学生姓名许磊学生学号1143207学生班级11模具二班指导教师詹志明老师目 录1 绪论11.1 塑料注射模具简介11.2 我国塑料注射模具现状12 塑件成型的工艺性分析22.1 塑件的分析22.2 HDPE的性能分析22.3 HDPE的注射成型过程22.3.1注射成型过程33 模具的结构形式33.1 分型面位置的确定43.2 型腔数量的确定53.3 注射机型号的确定53.3.1 注射量的计算53.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算53.3.3 选择注塑机63.3.4 注塑机的相关参数的校核64 浇注系统的设计64.1 主流道的设计64.1
2、.1 主流道尺寸74.1.2 主流道的凝料体积74.1.3 主流道当量半径74.1.4 主流道浇口套的形式74.2 校核主流道的剪切速率74.3.1 计算主流道的体积流量74.3.2 计算主流道的剪切速率7 4.3 选择浇注系统.85 导向结构86 脱模推出机构的设计86.1 脱模机构设计原则86.2 推出方式的确定96.3 脱模力的计算96.4 推杆的直径计算及强度校核97.4.1 推杆的直径计算97.4.2 强度校核106.5 推出机构的复位106.1 冷却系统的设计106.2 冷却系统的简单计算107 冷却系统的设计 7.1 冷却系统的设计.11 7.1.2本设计冷却系统的设计.11 7
3、.2 冷却系统的简单计算.128 选择模架.139 模具材料的选择.1310 模具总装图及模具的装配、试模.14 10.1 模具总装图.15-16 10.2 模具的安装及试模.17 10.2.2 试模.17 10.2.3检验.17总结181 绪论1.1 塑料注射模具简介塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。注塑成型是生产塑料制件最常用的制造方法之一，采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进
4、步，塑料注塑加工行业得以持续发展。塑料加工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作
5、用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。塑料摸是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定后，塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，常标志一个国家工业化的发展程度。1.2 我国塑料注射模具现状我国塑料注射模具的发展迅速。塑料注射模具的设计、制造技术、CAD 技术、CAHDPE 技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具
6、钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化；CAD、CAE、FlowCool 软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。2 塑件成型的工艺性分析2.1 塑件的分析（1）外形尺寸 该模具壁厚2mm，塑件的尺寸不大，塑料的熔体流程不太长，适合于注射成型。（2） 精度分析 每个尺寸的公差不一样。精度等级为5级（3） 脱模斜度 HDPE是一种结晶度高、非极性的热塑性树脂，成型收缩率为1.53，参考教材表5-44选择该塑件上型芯和凹模斜度为2度.2.
7、2 HDPE的性能分析（1）使用性能 HDPE具有优良的耐大多数生活和工业用化学品的特性。某些种类的化学品会产生化学腐蚀，例如腐蚀性氧化剂（浓硝酸），芳香烃（二甲苯）和卤化烃 （四氯化碳）。该聚合物不吸湿并具有好的防水蒸汽性，可用于包装用途。HDPE具有很好的电性能，特别是绝缘介电强度高，使其很适用于电线电缆。（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型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。 2）吸湿性极弱。含水量小于0.01%（质量），所以无需进行干燥。 3）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。（3）
8、HDPE的主要性能指标 见下表2-1表2-1 HDPE的性能指标密度/gcm-30.940.97抗拉屈服强度/Mpa220390比体积/ cm3g-11.031.06拉伸弹性模量/Mpa84009500吸水性/%0.01%抗弯强度/Mpa208400熔点/105137计算收缩率(%)1.53.02.3 HDPE的注射成型过程2.3.1注射成型过程1） 成型前的准备。对HDPE的色泽、粒度和均匀度等进行检测，由于HDPE吸水性极小，成型前无需进行干燥。2） 注射过程。塑件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、倒流和冷却五个阶段
9、。3 .模具的结构形式3.1 分型面位置的确定塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，因此分型面选择在A-A面，这样的选择使塑件便于取出，塑件大部分外表面光滑，同时侧向抽芯容易，而且塑件脱模方便。因此塑件选择如图所示的分型面。3.2 型腔数量的确定塑件形状较简单，重量较轻，生产批量较大。所以应使用多型腔注射模具(这里一模四个)。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。其布置如图2所示。3.4注射机型号的确定3.3.1 注射量的计算通过三维软件建模设计分析计算得注塑体积：V塑=74.97cm3塑件质量：m塑=V塑 =74.970.94=70.44g，公式中密度参考教材表5-44可
10、取。3.3.2 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是不是能准确的数值，但是可以根据经验按塑件体积的0.21倍来估算。由于采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总=V塑（1+0.2）=76.44cm33.3.3 选择注塑机根据第二步计算出来的一次注入模具型腔的塑料总质量V总 =76.44 cm3，并结合教材公式V公=V总/0.8得V公=95.55 cm3.。根据以上的计算，初步选定公称注射量为125 cm3 ，注射机型号为XS-ZY-125卧式注射机，其主要技术参数见下表3-1表5-48 注射机主要技术参数理论
11、注射容量/ cm3125移模行程/mm300螺杆柱塞直径/mm42最大模具厚度/mm300V注射压力/Mpa1190最小模具厚度/mm200最大注射面积/cm2320模具定位孔直径/mm100锁模力/kN900喷嘴球半径/mm12顶出两侧孔径/mm22喷嘴口孔径/mm4顶出两侧孔距/mm2303.3.4 注塑机的相关参数的校核1）注射压力校核。查课本表4-3可知，HDPE所需要的注射压力为60150Mpa，这里取P0=100Mpa，该注塑机的公称注射压力P公=1190Mpa，注射压力安全系数k1=1.11.3，这里取1.2，则：k1 P0 =1.2100=120P公，所以，注塑机注射压力合格。
12、2）锁模力校核塑件在分型面上的投影面积A塑，则 A塑=80130=10400mm2（忽略小突台投影面积）浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值。由于浇注方向与分型面平行，所以这里取A浇=0塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则A总= A塑+ A浇=A塑=10400 mm2模具型腔内的膨胀力F胀 P模为型腔的平均计算压力值。根据塑料的种类、塑件的结构复杂度、模具温度等因素选择型腔内熔体的平均压力P=40MPa F胀=A总P模=4010400=416000N=416kN查表1-2可得该注塑机的公称锁模力F锁=900kN，锁模力的安全系数为k2
13、=1.11.2这里取1.2，则k2F胀=1.2 F胀=1.2416=499.2F锁，所以该注射机锁模力合格。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。4 浇注系统的设计4.1 主流道的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体的顺利拔出。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，由于其与高温塑料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。4.1.1 主流道尺寸1） 主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm，本次设计中初取27mm进行设计。
14、2） 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=（4+1）mm=5mm3） 主流道大端直径：d=d+2L主tan(/2)6.9mm，式中=44） 主流道球面半径：SR。=注射机喷嘴球头半径+（12)mm=(12+2）mm= 14 mm5） 球面的配合高度：h=3mm4.1.2 主流道的凝料体积V主=/3L主（R+r+R主r主）=3.14/327（3.45+2.5+3.452.5）mm =756.73mm =0.757cm。4.1.3 主流道当量半径 Rn=（d+d)/4mm= 3mm4.1.4 主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨
15、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。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。4.2 校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积，主流道的体积，分流道的体积（浇口的体积太小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样可以校核主流道熔体的剪切速率。4.3.1 计算主流道的体积流量 Q主=（V主+nV塑）/t=（0.757+74.97）/1.6=47.33cm/s4.3.2 计算主流道的剪切速率 主=3.3q主/R主= 3
16、.347.331000/27= 1.84103s-1主流道的剪切速率校核合格。4.3 选择浇注系统塑件采用点浇口成型，其浇注系统如图4所示。点浇口直径为0.8mm，点浇口长度为1mm，头部球R1.52 mm。分流道采用半圆截面流道，其半径R为3 3.5mm。主流道为圆锥形，锥角为6，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径6 8 mm。5 导向结构注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精度定位;而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精度定位。本模具所形成型的塑件
17、比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模具本身多带的定位机构。6 脱模推出机构的设计6.1 脱模机构设计原则（1）塑件滞留于动模边，模具开启后应使塑件及浇口凝料滞留于带有脱模装置的动模上，以便脱模装置在注射机推杆的驱动下完成脱模动作。（2）保证塑件不变形损坏，正确分析塑件对凹模或型芯的附着力的大小及其所在部位，有针对性的选择合适的脱模方法和脱模位置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。型芯由于塑件收缩时对其包紧力最大，因此推出的作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应该作用于塑件刚度和强度最大的部位，作用面也应该尽可能大一些。（3）力求保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影
18、响不大的部位，在采用推杆脱模时尤其要注意这个问题。6.2 推出方式的确定本塑件采用推杆脱模机构。推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。塑件内部厎面用3根推杆。推杆端面应和塑件成型表面在同一平面或比塑件成型表面高出0.050.10。 推杆示意图6.3 脱模力的计算因为矩形塑件内壁平均壁厚与型芯直径之比，所以此塑件为薄壁矩形塑件。 式中 E-塑料的弹性模量（9500MPa）；L -型芯或凸模被包紧部分的长度（128）；-脱模斜度（）；S -塑料成型的平均收缩率（2%）；f-摩擦系数，一般取0.2；t-塑件的壁厚(2)
19、；-由与f决定的无因次数，；-塑料的泊松比（0.32）；A-塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（4775.94）。6.4 推杆的直径计算及强度校核7.4.1 推杆的直径计算 推杆长度由模板厚度和退出距离确定。推杆直径不宜太细，应有足够的刚度和强度来承担推力，一般推杆直径为，尽量避免以下的推杆。推杆直径的确定可根据压杆稳定公式求得式中-推杆长度（240）；-推杆数量，取1；E-推杆材料的弹性模量（）；k是安全系数，取k=1.5。7.4.2 强度校核 式中，是推杆材料的许用压应力（），为推杆数，为推杆直径，为脱模力。6.5 推出机构的复位脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始
20、位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用弹簧复位。6.6 推杆与模体的配合推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.52倍，至少大于15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的。7 冷却系统的设计7.1 冷却系统的设计（1）动、定模要分别冷却，保持冷却平衡。（2）孔径与位置，一般塑件的壁厚越厚，水管孔径越大。（3）冷却水孔的数量越多，模具内温度梯度越小，塑件冷却越均匀。（4）冷却通道可以穿过模板与镶件的交界面，但是不能穿过镶件与镶件的交界面，以免漏水。（5）尽可能使冷却水孔至型腔表
21、面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔，距离要小。（6）浇口处加强冷却。（7）应降低进水与出水的温差。（8）标记出冷却通道的水流方向。（9）合理确定冷却水管接头的位置。（10）冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑。7.1.2本设计冷却系统的设计 本设计采用的冷却方式为冷却芯冷却,主要是冷却凸模，冷却芯内嵌与凸模内部，通过冷却水道进行冷却水的循环。7.2 冷却系统的简单计算（1）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W1）塑料制品的体积 V塑=74.97cm32）塑料制品的质量 m塑=
22、 V塑 =74.970.94=70.44g=0.07044kg3）由于塑件80%部分的壁厚为2mm，20%部分的壁厚为3mm，可查表，取综合冷却时间t冷=15s，取注塑时间t注=1.6s，脱模时间t脱=8s，则注塑周期：t= t冷+ t注+ t脱=15+1.6+8=24.6s。由此得每小时注射次数：N=(3600/24.6)次=146次 4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：=1460.07044=10.28kg/h（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q5 查表4-35直接可知聚乙烯的单位热流量Q5的值的范围在（590-690）KJ/kg 之间。故可取=590KJ/kg。（3）计
23、算冷却水的体积流量qv 设冷却水道入口的水温为,出水口的水温为，取水的密度，水的比热容为C=4.187/(kg),则根据公式可得： =8.0310-3m3/min（4）确定冷却水路的直径d 当=8.0310-3m3/min时，根据表4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水管的直径 d=8mm。（5）冷却水在管内的流速 =2.663m/s（定模板冷却水道示意图）8. 选用模架根据以上计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。 查表选用：FCI-3345-A130-B110-C150 定模板厚度： A = 130mm 动模板厚度： B = 110mm 方铁厚度： C = 1
24、50mm 模具厚度： H模 = 61+A+B +C = （61+130+110+150）mm =451mm 模具外形尺寸：200mm300mm451mm9模具材料的选择 现有的模具模架已经标准化，主要采用45号钢。所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性，和使用要求选择合理的型腔和型芯材料。如何合理的选择模具钢，是关系到模具质量的前提条件，如果选材不当，浪费钱，时间。在选择模具钢时，首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能。从使用性能考虑：硬度是主要指标之一。模具在高应力作用下欲保持尺寸不变，必须有足够的硬度，当承受冲击载荷时还要考虑折断、崩刃问题、所以韧性也是一重要指标、耐磨性是觉得模具寿命的
25、重要因素，此外还有红硬性，抗压屈服强度、抗弯强度和耐疲劳能力的指标。 从工艺性能考虑：要热加工工艺好，加工温度范围宽，冷加工性能如切削、铣削、抛光等加工性能好，此外还要考虑淬硬性和淬透性、热处理变形等性能。另外从经济考虑，要求材料来源广，价格低。 查手册选择凸凹模的材料是4Cr13，属马氏体类型不锈钢。该钢机械加工性能较好，经热处理后，具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性，适于承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具、透明塑料制品模具等。有关参数如下：物理性能：临界温度（C）AC1820;AC3:1100;线膨胀系数：10.5（在20100C）；热导率：27.6W.（M.K
26、）（在20C左右）10 模具总装图及模具的装配、试模10.1 模具总装图如图i、图j和图k分别为凸模和凹模的及它们的俯视图技术要求1型腔、型芯镶拼部位保证不溢料；2分型面保证不溢料；3选用XS-ZY-1000注射机；4型芯与推管H9/f9配合；5选标准模架FCI-3345-A130-B110-C15 （cad排位） （cad排位） （UG分模之模具总装图）10.2 模具的安装试模试模是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改、补充和调整是对于模具设计的补充。10.2.1 试模前的准备试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与、于注射机的各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要
27、求等要符合所选设备的技术条件。检查模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要正确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。10.2.2 试模模具安装调整后即可以进行试模。1）加入原料 原料的品种、规格、牌号应符合产品图样中的要求，成型性能应符合有关标准的规定。原料一般要预先进行干燥。2）调整设备 按照工艺条件要求调整注射压力、注射速度、注射量、成型时间、成型温度等工艺参数。3）试模 采用手动操作，试
28、模注射出样件。10.2.3检验通过试模可以检验出模具结构是否合理；所提供的样件是否符合用户的要求；模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，对模具进行修改、调整、再试模，使模具和生产出的样件满足客户的要求，即可交付生产使用。 （模推出产品示意图）总结 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 说实话，课程设计真的有点累然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这2周的
29、心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有2次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来但一想起周伟平教授，黄焊伟总检平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待良好习惯这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练.参考文献1、 翁其金.塑料模塑成型技术.北京：机械工业出版社.2000.112、 史铁梁.模具设计指导书.北京：机械工业出版社.2003.13、 钱可强.机械制图.北京：高等教育出版社.2003.64、 许发樾.模具结构设计.北京：机械工业出版社.2003.105、 何铭新/钱可强.机械制图.北京：高等教育出版社.2004.1
