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1、目录（一）设计任务书.3（二）设计与分析.4第一章 塑件成型工艺分析. .41.1 塑件分析. . 41.2 ABS的性能分析. .51.3 ABS的注射成型过程及工艺参数. 6第二章 模具结构形式的拟定. .72.1分型面的确定. .72.2型腔数量和排列方式的确定. .82.3注射机型号的确定. . . 9第三章 浇注系统的设计. .113.1主流道设计. . . . .113.2分流道设计. . . . .133.3浇口的设计. . . . .153.4校核主流道的剪切速率. .173.5冷料穴的设计与计算. . .17第四章 成型零件的结构设计及算.174.1成型零件的结构设计. .
2、.174.2成型零件钢材的选用. . .194.3成型零件工作尺寸的计算. .194.4成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算.22第五章 模架的确定. . .225.1各模板尺寸的确定. . . 225.2模架各尺寸的校核. . .23第六章 冷却系统的设计. .236.1冷却介质. . . . .236.2冷却系统的简单计算. . . 236.3凹凸模冷却系统的设计. . .25第七章 脱模推出机构的设计.267.1推出方式的确定. . . .267.2脱模力的计算. . . .26（三）参考文献. . . . 28（一）设计任务书第19题 电器盖，结构如图所示。大批量生产，精度：MT5。材料P
3、E。（二）设计与分析 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3mm以及5mm，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，适合于注塑成型，如下图所示。1.1.2、精度等级分析 塑件的精度等级为MT5，属于较低精度的塑件，未注公差尺寸均是按此等级来取的。1.1.3、脱模斜度 ABS属无定型材料，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型芯聚乙烯、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
4、烯、有机玻璃、ABS、聚甲醛 351303040热固性的塑料2540205012 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，耐化学性、电气性能良好；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、减摩零件、传动零件和结构零件。1.2.2 成型性能无定型塑料 其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。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。流动性中等 溢边料0.04mm左右。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
5、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 1.021.08屈服密度/Mp50比体积/cm3.g-10.860.98拉伸强度/Mp38吸水率(%)0.20.4拉深弹性模量/Mp1.4103熔点/130160抗弯强度/Mp80计算收缩率(%)0.40.7抗压强度/Mp53比热容/J.(kg.)-11470弯曲弹性模量/Mp1.41031.3 ABS的注射成型过程及工艺参数1.3.1 注射成型过程1、成型前的准备 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
6、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。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20.4,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
7、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、符合塑件脱模的基本要求，就是能使塑件从模具中取出，分型面位置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、确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观面；4、确保塑件质量；5、应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要滑块成型，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
8、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结构形式的分析，同时根据以上分型面的选择原则综合考虑，决定将分型面选在塑件截面积最大且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，且生产批量为大批量生产，故可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到模具结构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，决定选用一摸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
9、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距离，以满足封胶要求；（3） 排位应满足模具结构等的空间要求；（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，且长宽比例要始适中，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摸两腔，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的分析可知，本模具设计为一模两腔结构，对称直线排列型腔，根据塑件结构形状，推出机构采用
10、脱模版的推出形式。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、支撑板和脱模版。由上述综合分析可确定选用带脱模板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、塑件的体积2、塑件质量的计算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，单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
11、总体积，并结合参【1】式4-18有：V总/0.8=58.02/0.8=72.53cm3。根据以上计算，初步选定公称注射量为100cm3，根据参【2】表5-1，选注设机型号为SZ-100/60立式注射机。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/cm100移模行程/mm260螺杆直径/mm35最大模具厚度/mm340注射压力/Mpa150最小模具厚度/mm170注射速率/g.s-185锁模形式双曲肘塑化能力/ g.s-140模具定位孔直径/mm螺杆转速/r.min-10200喷嘴球半径/mm12锁模力/KN600喷嘴口径/mm3拉杆内间距/mm4403402.3.4注塑机
12、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）塑件在分型面上的投影面积A塑：（2）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。按照多型腔模的统计分析来确定，即A浇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F胀：式中是型腔的平均压力值，通常取注射压力的20%
13、40%，大致范围为2540Mpa。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件，故取35Mpa。查表2-1，可得该注射机的公称锁模力F锁=600KN，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，本次设计
14、中初取50mm进行设计。2、主流道小端直径3、主流道大端直径，式中。4、主流道球面半径按设计手册取15mm。5、球面的配合高度取h = 3mm。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。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料要求较严格，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，如图3-1所示。 图3-13.2 分流道设计3.2
15、.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；保3、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课适当选小一些。单边分流道长度取。2、分流道的当量直径因为塑件的质量1，根
16、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型、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3.2mm的圆面积相等，可得，即可得：，则设下底梯形的上底约为5mm，如图3-2所示。 图3-25、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便
17、面粗糙度要求不是很低，一般在Ra1.252.5即可，此处取。另外，脱模斜度一般在510之间，这里取脱模斜度为8。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最佳剪切速率51025103之间，所以么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
18、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 = 3mm ；n是塑料成型系数，对于ABS，其成型系数n = 0.7mm 。在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，以便在今后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1.21.4mm，故此处浇口深度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 = 0.7mm ；A是凹模的内表面积（约等于塑件外表面积）。计算侧浇口的长度。根据参【1】表4-10，可得侧浇口的长度一般选用0.7
19、2.5mm，这里取。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：该矩形浇口的剪切速率处于浇口于分流道的最佳剪切速率51035104s-1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
20、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，其作用主要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。若该塑件表面要求没有印痕，采用脱模版推出塑件，故采用于Z型拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对Z型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-
21、1所示。 图4-1 凹模嵌件 4.1.2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4-2 大型芯模嵌件4.2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成，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，因此刚才选用高合金工具钢Cr12MoV。而对于成型两小孔的型芯而言，型芯较小，但包紧力较大，型芯需散发的热量比较多，磨损也比较严重，因此也采用Cr12MoV。4.3成型零件工作尺寸的
22、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。查表得出的公差标注如图4-3图4-34.3.1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；，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0.3%0.8%，其平均收缩率；是系数，查参【1】表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取；分别是塑件上相应尺寸的按相应精度差的的公差（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；塑件高度的另一
23、高度尺寸，相应的；式中是系数，查参【1】表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取4.3.3型芯径向尺寸的计算动模型芯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；定模小型芯径向尺寸的计算，相应的塑件制造公差。式中，是系数，查参【1】表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取。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：，相应的式中是模具尺寸计算系数，查参【1】表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取。2、成型塑件小截面型芯高度塑件尺寸转换：，相应的式中是模具尺寸计算系数，查参【1】表4-15可知一般在0.50.8之间，此处取。4.3.5成
24、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4.4.1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，根据型腔的布置第五章 模架的确定5.1各模板尺寸的确定1、定模型腔板尺寸塑件高度为35mm,凹模深度为35mm,又考虑到模板上还要开设水道，还需留出足够的距离，故该板厚度取50mm。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+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm =35+12.5+16+（510）mm =68.573.5mm，初步选定为80mm。经过上述尺寸的计算，模架板面尺寸为200m
25、m315mm，模架结构形式为A4型的标准模架。其外形尺寸：宽长高=200mm315mm264mm。如图5-1所示。5.2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200mm315mm440mm340mm,校核合格。2、模具高度尺寸264mm，170mm264mm340mm，校核合格。3、模具的开模行程 因此，可知校核合格。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5080.所以模具温度初步选定位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W1、塑料制品的
26、体积2、塑件制品的质量3、塑件壁厚为3mm，查参【1】表4-34得。注射时间为1.6s,脱模时间为8s，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塑料熔体总质量：。6.2.1其它相关参数的计算1、单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs:查参【1】表4-35直接可知ABS的单位热量Qs的值范围在（310400）kJ/kg之间，故可取Qs=370kJ/kg。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，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得：3、确定冷却水路的直径当时，查参【1】表4-30可知模具冷却水孔的直径。4、冷却水在管内的流速5、求冷却壁与水交界面得膜
27、传热系数因为平均水温为23.5，查参【1】表4-31可得则有：6、计算冷却水道的导热面积A 7、计算模具所需冷却水管的总长度8、冷却水路的根数设每条水路的长度为100mm，则冷却水的根数为：。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。6.3凹凸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，凹模小型心使用的是空冷。冷却系统布置如图6-1 图6-1第七章 脱模推出机构的设计7.1推出方式的确定本塑件圆周采用脱模板推出方式，为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在脱模板推与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，如图7-1所示，可以防止脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。 图7-1 型芯与脱模板7.2脱模力的计算7.2.1圆柱大型心脱模力因为，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压应力1、推出面积2、推出应力，合格。（三）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.北京：机械工业出版社， 2010. 【3】塑料模设计手册编写组.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.
