积木塑料模具设计.doc

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1、湖南涉外经济学院课程设计报告课程名称： 积木注塑模设计 报告题目： 学生姓名： 陈小海 所在学院： 湖南涉外经济学院 专业班级： 材料1001班 学生学号： 133 指导教师： 陈 爽 2012 年 0 6月 0 7日课程设计任务书报告题目完成时间学生姓名陈小海专业班级材料1001班指导教师陈爽职称总体设计要求和技术要点工作内容与时间进度安排第15周：周1-周3 ：立题、论证方案设计周4-周5 ：预答辩第16周：周1-周3 ：仿真实验7周4-周5 ：验收答辩课程设计成果1与设计内容对应的软件程序2课程设计总结报告目录1.模具结构形式与注塑机的初步确定11.1塑件成型工艺的可行性分析11.1.1

2、塑件结构分析11.1.2塑件的材料特性21.2拟定模具结构形式与模架选择51.2.1分型面的确定51.2.2型腔数量和排位方式的确定51.2.3模具的结构形式51.2.4模仁设计71.2.5模架的选择71.3浇注系统的设计111.3.1主流道设计111.3.1.1主流道尺寸111.3.2分流道的设计121.3.3浇口设计131.3.4主流道剪切速率校核141.4成型零件结构设与计算151.4.1成型零件的结构设计151.4.2成型零件工作尺寸计算151.5冷却水道设计171.6模具的总装配图与工作 图181. 模具结构形式与注塑机的初步确定1.1 塑件成型工艺的可行性分析1.1.1 塑件结构分

3、析 图 1.1- 1图1.1 - 2产品名称：积木产品数量：较大批量塑件要求： 塑件不允许有任何成型缺陷，脱模斜度按塑料品种选取Error! Reference source not found.为塑料件在proe中的三维图与塑件质量分析的信息，Error! Reference source not found.为塑件基本尺寸信息，壁厚0.51.8mm,1.1.2 塑件的材料特性ABS是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三种化学单体合成。其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。其化学分子结构方式如下：每种单体都具有不同特性：丙烯

4、腈有高强度、热稳定性与化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度与高强度。从形态上看，ABS是非结晶性材料。三中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相， 另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS不透明，外观除薄膜外都呈浅象牙色、无毒、无味、兼有韧、硬、刚特性，燃烧缓慢，离火后仍继续燃烧，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以与两相中的分子结构。这就可以赋予用户在产品设计上有很大的灵活性，并且由此产生了市场上数百种不同品质的ABS材料。ABS具有优良的综合性能，由于组分、牌

5、号和生产厂家生产方法的不同，使之在性能上存在较大差异，因此以下的试验数据仅供参考。（1）物理力学性能 ABS具有优良的物理力学性能，如不透水，但略透水蒸气，冲击强度较高，尺寸稳定性好等。ABS有极好的冲击强度，即使在低温也不迅速下降。但是它的冲击性能与树脂中所含橡胶的多少、粒子大小、接枝率和分散状诚有关，同时也与使用环境有关、如温度越高则冲击强度越大。当聚合物中丁二烯橡胶含量超过30%时，不论冲击、拉伸、剪切还是其它力学性能都迅速下降（见表5-5和5-6）。（2）热性能。ABS制品的负荷变形温度约为93，若能对制品进行退火处理，则还可增加10左右。（3）电性能。ABS聚合物的电绝缘性受温度和湿

6、度的影响很小，且在很大频率变化范围内保持恒定。（4）耐环境性 ABS聚合物几乎不受水、无机盐、碱、酸类的影响，但在酮、醛、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，它不溶于大部分醇类与烃类溶剂，但长期与烃接触会发生软化溶胀。ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化学药品的锓蚀会引起应力开裂。（5）耐候性 ABS聚合物的最大不足之处是耐候性较差，这是由于分子中丁二烯所产生的双键在紫外线作用下易受氧化降解的缘故。经受350nm以下波长的紫外线照射，氧化作用更甚。氧化速度与光的强度与波长的对数成正比。ABS是一种成型加工性能优良的热塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工。（6）ABS的流变性 ABS聚合物在熔融状态下

7、流动特性属于假塑型液体。虽然ABS的熔体流动性与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。因此在成型过程中可以采用提高剪切速率来降低熔体粘度，改善熔体流动性。ABS属一无定形聚合物，无明显熔点，成型后无结晶，成型收缩率为0.4%0.5%。在成型过程中，ABS的热稳定性较好，不易出现降解或分解，但温度过高时，聚合物中橡胶相有破坏的倾向。（7）ABS的吸水性 ABS具有一定的吸水性，含水量在0.3%0.8%范围。成型时如果聚合物中含有水分，制品上就会出现斑痕、云纹、气泡等缺陷，因此在民型前，需将聚合物进行干燥处理，使其含水量降到0.2%左右。（8）ABS制品的后处理 一般情况下很少出现应力

8、开裂，所以除了使用要求较为苛刻的制品，通常不作制品的后处理。注射速度对ABS的熔体流动性有一定影响，注射速度快，制品表面光洁度不佳；注射速度慢，制品表面易出现波纹、熔接痕等现象，因而除了充模有困难的情况下，一般以中、低速为宜。在制品要求表面光泽较高时，模具温度可控制在6080对一般制品可控制在50-60。表1.1 ABS的主要性能指标力学性能屈服强度/Mpa50热性能与电性能玻璃化温度/C拉伸强度/Mpa38熔点（粘流温度）/C130160断裂伸长率/%35热变形温度/C45 N/cm3180 N/cm39010883103拉伸弹性模量/Gpa1.8线膨胀系数/（10-5/C）7.0弯曲强度/

9、Mpa80比热容/1470弯曲弱性模理/Gpa1.4热导率/0.263件质量冲击强度/kJ/m2无缺口缺口261燃烧性/（cm/min）慢11体积电阻/*cm6.9*1016布氏硬度/HBS9.7R121击穿电压/（kV/mm）物理性能密度/（g/cm3）1.021.16吸水性/%（24h）0. 20.4比体积/（cm2/g）1.021.06透明度或透光率不透明ABS的成型工艺参数温度料筒一区/150-170二区/180-190三区/200-210喷嘴/180-190模具/50-70压力注射/Mpa60-100保压/Mpa40-60时间注射/s2-5保压/s5-10冷却/s5-15周期/s15

10、-30后处理方法红外线烘箱温度/70时间/h0.3-11.2 拟定模具结构形式与模架选择1.2.1 分型面的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选择在塑件面积最大且有利于开模取出塑件的平面上，其位置如Error! Reference source not found.所示。图1.2 - 11.2.2 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，用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的关系，以与制造费用和个成本费用等因素，初步选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两腔，故流道采用一字

11、排列，使用平衡进料。（3）模具结构形式的初步确定 ，由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，故采用直线对排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件推板推出方式。浇注系统设计时，为了减少人工去余料所以交口采用点交口，且开设在如Error! Reference source not found.所示位置上。综上分析可确定采用细水口的双分型面注射模。1.2.3 模具的结构形式模具结构分为双分型面注射模，如图 1.1- 1所示proe分析数据，采用限位螺钉，控制分型，A的打开距离，其开距应大于55mm，以方便取凝料，分型面BB的打开距离，其开距应大于118mm，以便取出塑件。模具分型面得打开顺序，有安装在

12、上模座和定模板之间的弹簧控制。(1) 选择成型设备a、 一副模具成型体积的计算 m一副模具所需塑料的体积一次注射成型的零件个数单个塑件的体积（）浇注系统的体积（） 在学校设计时，以来估算。根据图 1.1- 1所示proe分析数据，算得 b、所需锁力计算 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积其中：一次注射成型的零件个数 塑件在分型面上的投影面积 凝料在分型面上的投影面积，可用0.35来估算计算得 =所需的锁模力 = 其中，查文献【2】表22为35MPa，因此 =N注射机的最大注射量G和额定锁模力应满足,.式中为注射系数，结晶型塑料取0.75，无定型塑料取0.8,ABS是非结晶性材料取0.8算得 查

13、文献【1】附录G，选择注射机的型号为，主要参数如下 表1.2-1项 目参 数项 目参 数理论注射量60 cm3移模行程180注射压力122MPa定位孔的直径55锁模力5N喷嘴球半径SR12mm模板最大厚度200mm喷嘴口孔径4mm模板最小厚度70mm拉杆空间190300mm1.2.4 模仁设计（1） 塑件尺寸为326423,为一模两件，采用嵌入式型芯型腔，考虑到加工问题到加工问题，塑件上下圆的内形均采用镶块结构，取却水道直径=-8mm,根据图1.2 - 的型腔布局计算可得模仁长 ，模仁后模仁的高度先都取40mm。（2） 在proe里分型可得到型芯如图1.2 - 2 型芯 图 1.2- 3 型腔

14、所示，型腔如图1.2 - 3 所示。 图1.2 - 2 型芯 图 1.2- 3 型腔1.2.5 模架的选择（1） 根据模仁的大小，在KLA里的三板模，型号DBI-2025-A60-B25-C70-L220,如所示图 1.2- ，(WL=230250) 图 1.2- 4（2） 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉；模具外表面尽量不要有突出部分；模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应有分模间隙，即在装配、调试、维修过程中，可以方便地分开两块模板。1. 定模座板（250mm230mm、厚30mm）定模座板是模具与注射机连接固定的板，定模座板上固定导柱和定位圈，材料为45钢。定位圈通过3个M5的内六

15、角圆柱螺钉与其连接。定模座板上的导柱与导柱孔采用H7/k6配合，定模座板与拉料杆采用H7/k6配合。2. 流道板（230mm250mm、厚20mm）用于推出浇注系统余料，有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。与其上的浇口套采用H7/k6配合。3. 定模板（230mm250mm、厚60mm）用于固定定模模仁（型腔镶块）和导套。有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，定模与定模模仁（型腔镶块）采用H7/m6配合4. 推件板（230mm250mm、厚20mm）用于把塑件从型芯上推，有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。其上的导套孔与导套一端采

16、用H7/k6配合， 5. 动模板（230mm250mm、厚25mm）用于固定动模模仁（型芯镶块）和导套。一般用45钢。动模板应具有较高的平行度和硬度。动模模仁（型芯镶块）通过台阶固定在动模板上面。其上的导套孔与导套一端采用H7/k6配合，动模与动模模仁（型芯镶块）采用H7/m6配合。6. 动模固定板（230mm250mm、厚30mm）用于压住台阶固定的嵌入式型腔和固定导套，有一定的厚度，并有足够的强度。一般用45钢。与其上的浇口套采用H7/k6配合7. 垫块（38mm250mm、厚70mm）主要作用：在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度

17、要求。结构形式：可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。垫块材料：垫块材料为45垫块的高度h校核：h=h1+h2 +s+=15+20+19+4=59mm式中；h1推板厚度，为15mm；h2推杆固定板厚度，为20mm；s推出行程，为19；推出行程富余量，取5mm。6推板（140mm230mm、厚15mm）推板上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用4个M10的内六角圆柱螺钉与推半固定板固定。材料为45钢。7推杆固定板（140mm230mm、厚20mm）材料为45钢。其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合。5动模座板（260mm230mm、厚25mm）动模座板上的注射机顶杆孔为1

18、50mm，动模座板上还有四个挡钉孔，动模座板的推板导套孔与推板导柱采用H7/n6配合。挡钉与挡钉孔采用H7/n6配合，材料为45钢。（3） 模板总厚度mm，根据表注塑机参数里 模板最大厚度=200mmH,所以注塑机必须选大一些。查文献【1】附录G，选择注射机的型号为，主要参数见另一页。 表1.2-2项 目参 数项 目参 数理论注射量104 cm3移模行程300mm注射压力150Mpa定位孔的直径100锁模力N喷嘴球半径SR12mm模板最大厚度300喷嘴口孔径4mm模板最小厚度200拉杆空间mm1.3 浇注系统的设计1.3.1 主流道设计1.3.1.1 主流道尺寸LDdh SRa图 1.3- 1

19、主流道（1） 主流道部分尺寸单位（）主流道参数符号名称尺寸d主流道小端直径注射机喷嘴直径（0.51）SR主流道球面半径喷嘴球面半径（0.51）h球面配合高度35主流道锥角23L主流道长度一般60D主流道大端直径d（0.51）（2） 确定后尺寸如下： h=3mm, L=50mm=6.24mm 主流道当量直径 浇口套的尺寸如图1.3-2图 1.3- 2 浇口套尺寸 图1.3 - 3定位圈尺寸（3） 定位环的选用作用：主要是使注射机与模具主流道准确对正、定位。主流道和定位环的关系如图所示，定位环的基本尺寸如图1.3-3所示。1.3.2 分流道的设计作用：使塑料熔体的流向得到平稳的转换，并尽快地充满型

20、腔,采用平衡式分流道,如图 1.3- 3 分流道布置形式所示。图 1.3- 3 分流道布置形式（1） 分流道的当量直径流经分流道的塑料熔体质量约为,根参考文献【1】公式（4-16），分流道直径分流道截面形状 常采用的分流道截面有圆形，梯形，U形，六角形，为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上，本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。（2） 分流道截面尺寸 设下底宽度为x,底面圆角半径R=1mm，并根据参考文献【1】表4-6设置梯形高度H=3.5mm，则该梯形截面积 ，再根据该面积与当量直径为5.02mm的圆的面积相等，可得(=可得,则梯形上底约为6

21、mm,如所示图 - 4 分流道截面形状（3） 凝料体积前图 1.3- 3 分流道布置形式可知分流道长度L分 =79mm, 分流道截面积 A分=mm2,凝料体积V分=L分A分=7919.25=1520.75mm31.5cm3。（4） 校核剪切速率 a. 确定注塑时间：查参考文献【1】表4-8，可取t=1.6sb.计算分流道体积流量： Q分= c 由参考文献【1】公式（4-20）可得剪切速率 s-1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之间，所以，分流道内的熔体的剪切速率合格。（5） 分流道的表面粗糙度与脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一边取 Ra=1.252.5um即可

22、，此处取Ra 1.6um,另外脱模斜度一般取5o10o之间，这里就取脱模斜度为8o。1.3.3 浇口设计（1） 根据制品的成型要求与型腔的布置方式，选用点浇口。根据参考文献【1】图4-46可选取浇口如图 1.3- 3 分流道布置形式，直径长=1.8mm1.5 mm.（2） 校核浇口剪切速率a. 确定注塑时间：查参考文献【1】表4-8，可取t=1.6sb.计算分流道体积流量： Q浇= c 对于点交口可得： s-1，满足要求。1.3.4 主流道剪切速率校核a 确定注塑时间：查参考文献【1】表4-8，可取t=1.6sb.计算分流道体积流量： Q分= c 由参考文献【1】公式（4-20）可得剪切速率

23、主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之间，所以，主流道内的熔体的剪切速率合格。1.4 成型零件结构设与计算1.4.1 成型零件的结构设计（1） 凹模的结构设计 凹模是塑件的外表面成型零件，按凹模结构的不同可以将其分为整体式，整体嵌入式，组合式和镶拼式四种，根据的塑件的结构分析，本设计采用整体嵌入式，采用台阶固定，如下图A所示。（2） 凸模结构设计（型芯） 凹模是塑件的内表面成型零件，按凹模结构的不同可以将其分为整体式，组合式。通过对塑件分析，该塑件的型芯有三个类，一个是成型塑件内表面的主型芯B，共2个，其它两个是成型那几个圆柱内表面的小型芯，定模小型芯如图C共16个，动模小型芯

24、D 共6个。1.4.2 成型零件工作尺寸计算取ABS 的平均成型收缩率为0.6，塑件的各尺寸公差按照文献【1】P28表2-3（GB/T14486-1993）选取。()表1.4-1 成型零件表面工作尺寸的计算类别模具零件塑料制品计算公式型腔或型芯公差等级公差种类尺寸工作尺寸公差等级型腔的计算型腔内形尺寸MT3A640-0.4Lm = LP(1+ SCP)-（3/4）+m 0IT7MT3320-0.32 0 0型腔深度尺寸MT3BHm=HP(1+ scp )- （2/3）+m 0IT7 0型芯的计算型芯外形尺寸MT3Alm =lP(1+ scp) + （3/4） 0 -mIT7 型芯高度尺寸MT3

25、Bhm =hP(1+ scp ) +（2/3） 0 -mIT701.5 冷却水道设计如右图，冷却水道直径D=8mm,考虑到塑件尺寸不大，所以在动模仁上开水路如图1.5-1所示，两水路中心离为80mm,距模仁底面高度为13mm，与定模之间用O型密封圈防水漏。并在定模板上开设水路如图1.5-2所示，两水路中心离为116mm,距模仁底面高度为15mm。图1.5-1 图1.5-21.6 模具的总装配图与工作 图参考文献：【1】湖南大学 叶久新 王群塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社（2007）【2】伍先明 陈志刚等 塑料模具设计指导第三版：机械工业出版社（2012）教师评语与设计成绩教师评语：课程设计成绩： 指导教师： （签名） 日期： 年 月 日