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1、 课题名称：四底孔圆筒形塑件注塑模设计姓名：XXX学号：XXX专业班级：材料成型及控制工程一班指导教师：XXX日期：2012.9目 录第一部分 工艺分析31.1 塑件成型工艺性分析 31.2型腔数量的确定41.3 模具结构形式的确定4第二部分 注射机的选择42.1 分型面的确定42.2型腔数量和排位方式的确定52.3 注射量的计算52.4 选择注射机52.5 注射机相关参数的校核6第三部分 注射模具结构设计73.1 浇注系统设计 7 3.1.1 主流道设计7 3.1.2 分流道设计8 3.1.3 浇口的设计9 3.1.4 冷料穴的设计103.2 成型零件设计及计算10 3.2.1成型零件的结构
2、设计10 3.2.2成型零件钢材的选用11 3.2.3 成型零件工作尺寸计算11 3.2.4成型零件壁厚计算123.3 脱模推出机构 133.4模架的确定 133.5 排气系统设计133.6 冷却系统设计13参考文献14第一部分工艺分析1.1塑件成型工艺性分析1）塑件的结构工艺性分析该塑件是一带底孔圆筒形塑件，如图1.1所示。塑件的壁厚均匀，塑件整体厚度均为3mm。塑件为旋转体结构，结构相对简单，而且塑件质量相对较小，材料为玻纤增强PA6，该种塑料流动性中等。从技术要求上讲，该塑件无比较苛刻的要求，故成型性能好，可以注射成型。图1.1 塑件图2）成形材料性能分析由塑料成型工艺与模具设计表4.1
3、可知，表1.1玻纤增强PA6成形性能注射成型机类型螺杆式密度（g/cm）1.15计算收缩率（%）0.4-0.6螺杆转速（r/min）20-40预热温度（）70-90料筒温度（）后段200-210成型时间（s）注射时间（s）2-5中段230-250保压时间（s）15-40前段220-240冷却时间（s）20-40喷嘴温度（）200-210成型总周期（s）40-90模具温度（）80-120注射压力（MPa）90-130保压压力（MPa）30-501.2 型腔数量的确定 该塑件精度要求不高，并且结构简单，又是中等批量生产，没有侧向分型机构，考虑到模具制造费用及模具尺寸，初定为一模两腔的模具形式。1.
4、3 模具结构形式的确定从上面分析可知，本模具采用一模两腔的模具形式。推出机构可采用推块推出或推杆推出。推块推出结构可靠，顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但塑件上有圆弧过渡，推块制造困难；推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件顶部装配后使用时并不影响外观。从以上分析得出：该塑件采用推杆推出机构。流道采用平衡式，且分流道开在定模上。浇口采用侧浇口，型腔采用整体式。定模不需要设置分型面，动模部分需要一块型芯固定板和支承板。因此可确定模具形式采用标准A2形模架。该模具为双分型面模具。第二部分 注射机的选择2.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应该选
5、在端盖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2.1分型面的选择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，且为大批量生产可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步定为一模两腔的结构形式。（2）型腔排列方式的确定：由于该模具选择的是一模两腔，其型腔中心距的确定参考塑料模具设计指导图3-1及其说明，故采取平衡式对称排列，使型腔进料平衡。（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，对称H型直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选为推件板或
6、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、支撑板或推件板双分型面注射模。2.3 注射量的计算通过UGNX建模分析可知，塑件体积约为V=79.04cm-3取玻纤增强15%PA6的密度为=1.15 g/cm则塑件质量为： m=V=1.1579.04=90.9g 式（2.1）由于浇注系统流道凝料在设计前不能确定准确的数值，但可以根据经验按照塑件质量的0.2-1倍来计算。由于本次设计采用的流道比较简单故按照0.2倍来计算，故一次注射入模具型腔塑料熔体的总体积为V总=1.2*2* V=189.
7、7 cm-3故一次注射入模具型腔塑料熔体的总质量为218.15g 2.4 选择注射机根据每一生产周期的注射量的计算值以及塑件本身结构尺寸，根据塑料成型工艺与模具设计表5.1,可采用XS-ZY-500注塑机。表2.1 XS-ZY-500注塑机主要技术参数理论注射容量/cm500锁模力/KN3500螺杆直径/65拉杆内间距/650550注射压力/MP145最大开合模行程/500注射行程/（）200最大模厚/450最大成型面积/ cm2）1000最小模厚/300喷嘴球半径/18喷嘴孔直径/6锁模方式液压-机械注射方式螺杆式 2.5 注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核：由表1.1可知玻纤增强15
8、%PA6所需的注射压力为90 MPa -130MPa，取P0=110 MPa，该注射机的公称注射压力为P公=145 MPa，注射压力安全系数k1=1.251.3，这里取k1=1.3则k1 P0=1.3*110=143 MPaP公，所以注射机压力合格。（2）锁模力校核：塑件在投影面上的投影面积A塑=（1202-4*82）4=11108.67 mm流道凝料（包括浇口，分浇道，主浇道凝料）在分型面上的投影面积A浇在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析，A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。由于本设计流道比较简单，分流到相对较短，因此可用A浇=0.5A塑来进行计算，所以总投影
9、面积A总A总 =2*1.2A塑=4.8*11108.67=26660.81 mm锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。即：F胀= A总P 模 =26660.81*30/1000=799.82 KN 式中P 模是型腔的平均计算压力值，通常取注射压力的20%40%即1854 MPa，玻纤增强15%PA6取30 MPa。又注射机的锁模力为F锁=3500 KN，锁模力的安全系数为k2=1.11.2，取k2=1.2，所以k2 F胀1.2*799.82=959.78 KNF锁,所
10、以注射机的锁模力满足要求。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后才能进行。第三部分 注塑模具结构设计3.1 浇注系统设计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，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外由于主流道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。1) 主流道尺寸(1)主流道的长度：一般由模具结构确定，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+
11、1mm=7mm.(3) 主流道大端直径：D=d+Ltan=10.5mm.(4) 主流道球面半径：R=注射机喷嘴球头半径+(12)mm=18+2=20mm.(5) 球面的配合高度：h=4mm.2) 主流道的凝料体积V主=L(R2+r2+Rr) /3=50*(5.252+3.52+5.25*3.5) /3=3046.7mm33) 主流道当量半径：Rn=(5.25+3.5)/2=4.375mm4) 主流道浇口套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，属易损件，对材料要求较严，因而主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便于有效的选用优质钢材单独进行加工和热
12、处理，常采用碳素工具钢，本模具采用T10A，热处理硬度为5055HRC，如图3.1所示。定位圈的结构由总装图来确定。图3.1主流道浇口套的结构形式2.分流道设计1) 分流道布置形式 为了尽量减少分流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道，如图3.2所示。图3.2分流道2) 分流道长度根据两个型腔的结构设计，分流道长度适中，如图3.2所示。3) 分流道的当量直径流过分流道塑料的质量m=2*1.15*79.04=181.79g200g,塑件厚度为3mm，故由塑料模具设计指导图2-4和图2-5可得分流道直径经修正后为D=6mm.4) 分流
13、道截面形状本设计采用提醒截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。5) 分流道截面尺寸设梯形的上底宽度为B=6mm，底面圆角半径R=1mm，梯形的高度为宽度的2/3左右,取H=4mm设梯形的下底宽度为b，则有（B+b）H/2=D2/4故b=5mm.分流道如图3.3所示。图33分流道截面分流道截面面积 A=（6+5）/24=22mm 3.浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间一段细端通道，它是浇注系统的关键部位，浇口的形状，位置尺寸对塑件的质量影响很大。浇口截面积通常为分流道截面积的0.070.09倍，浇口截面形状多为矩形和圆形两种，本模具采用矩形截面浇口。浇口长度为0.52mm。
14、浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后再试模时逐步修正。本模具采用侧浇口，浇口开在定模板上。 对中小型塑件，测浇口的典型尺寸为深度0.52mm，宽1.55mm，浇口台阶0.52.0mm。对于大型塑件，深2.02.5，宽7.010mm，浇口台阶2.03.0mm综上得侧浇口尺寸： 深度 h=1.5mm 宽度 w=2.5mm 长度 l=2mm4.冷料穴的设计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而影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴也有分流道冷料穴。本设计采用脱模板推出塑件，故采用球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时利用凝料对球头的包紧力使凝
15、料从主流道衬套中脱出。3.2成型零件结构设计及计算1.成型零件的结构设计1) 凹模的结构设计：凹模是成型塑件外表面的成型零件。凹模的基本结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。对于形状简单的中小型塑件，采用整体式凹模。如图3.4所示图3.8整体式凹模2) 凸模的结构设计：凸模和型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件,通常可以分为整体式和组合式两种类型。该塑件采用整体式型芯，如图3.5所示，因塑件的包紧力较大，所以设在动模部分。图3.5凸模结构2.成型零件钢材的选用 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因
16、为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用P20钢，进行渗氮处理。3.成型零件工作尺寸计算玻纤增强15%PA6的收缩率为0.4%0.6%本部分尺寸计算公式参考教材塑性成形工艺与模具设计,玻纤增强15%PA6的收缩率为0.4%0.6%则有， =0.005 1) 型腔径向尺寸和深度尺寸 塑件外形径向尺寸为，换算为，型腔径向尺寸为，根据公式，其中x修正系数，由于塑件尺寸较小故取x=0.75,制造公差，由于塑件尺寸较小故取=0.13因此=120.70 0+0.13 (mm). 塑件外形高度尺寸为HS- 0=48-
17、0.24 0 , 型腔深度尺寸为HM 0+z,根据公式 ,其中x修正系数，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取x=2/3,制造公差，由于塑件尺寸较小故取=0.08因此=48.08 0+0.08 (mm).2) 型芯径向尺寸和高度尺寸（1）.塑件孔的径向尺寸为 , 换算为型芯径向尺寸为，根据公式 ，其中x修正系数，由于塑件尺寸较小故取x=0.75，制造公差，由于塑件尺寸较小故取=0.12因此 =114.48-0。12 0 (mm).（2）.塑件孔的深度尺寸为 , 型芯高度尺寸为，根据公式 ，其中x修正系数，由于塑件尺寸较小故取x=2/3，制造公差，由于塑件精度为MT5，且塑件尺寸较小故取=0
18、.08，因此 =45.39-0。08 0 (mm).（3）.塑件孔的中心距为Cs=800.15,模具中心距为CM,根据公式（CM）=（1+SCP）CSZ2有，制造公差，由于塑件尺寸较小故取=0.1，因此（CM）=（1+0.005）800.12=80.40.05 (mm).4.成型零件壁厚计算凹模侧壁厚度按刚度计算侧壁的厚度S式中 E模具材料的弹性模量，MPa，碳刚为2.1 105MPa；p型腔压力，MPa，由前面所知为30 MPa；刚度条件，即允许变形量，mm，玻纤增强15%PA6的值为0.024 mm；h型腔深度尺寸，mm.因此 =36.1mm可以选取S=36 mm,凹模嵌件采用预应力的形式
19、压入模板中，由模板和型腔共同来承受型腔压力。3.3脱模推出机构的设计本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出，或推件板加推杆综合推出方式，根据脱模力计算来确定。本设计采用推件板推出方式。推件板推出时为了减少推件板与型芯的摩擦，设计时在推件板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合。为了防止推件板因偏心或加工误差而使锥面配合不良而产生溢料，推件板与型芯应进行适当预载。3.4 模架的确定 根据型腔布局（一模两腔）及浇注系统的结构形式，又根据模具型腔分布的中心距和凹模嵌件的尺寸可以计算出凹模嵌件所占平面尺寸为350mm*350mm，根据塑料模具设计指导表7-4确定选用直浇口B型模架，由表7-
20、4可查得模架的基本尺寸为WL=500500mm以及各板的厚度。根据所选注射机来校核该模具设计的尺寸：（1）模具平面尺寸：500mm*500mm650mm*550mm（拉杆间距），校验合格。（2）模具高度尺寸410mm：350mm430mm450mm(模具的最大厚度和最小厚度)，校验合格。（3）模具的开模行程140mm500mm,校验合格。3.5 排气系统设计该套模具是属小型模具，排气量很小，气体会沿着分型面、型芯和推件板之间的间隙向外排出，不会在顶部产生憋气现象，因此本套模具不单独设计排气槽。3.6 冷却系统设计模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率。所以模具上需要添加温度调节系统以达到
21、理想的温度要求。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融的塑料的热量尽快传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模。提高塑件定型质量和生产效率。因为水的热容量大，传热系大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水将热量带走。冷却装置的设计要考虑以下几点：（1） 保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。（2） 冷却水孔的数量越多，孔径越大，对塑件冷却也就越均匀。（3） 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即水孔的排列与型腔形状尽量吻合。（4） 浇口出要加强冷却。一般熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温
22、度越低。因此浇口附近应加强冷却，通冷却水，而在温度较低的外側只需通过经热交换后的温水即可。（5） 降低入水与出水的温度。可通过改变冷却孔道排列的形式。（6） 要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通道的排列形式。如塑件的收缩率，壁厚等。（7） 冷却水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷却通道的密封性要好，冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面。在本次设计中我采用的是简单流道式，即通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是最常见的一种形式。为了加快冷却，为了冷却均匀，可以采取多种措施调节冷却系统。本模具用了2个冷却水管道以加快冷却。参考文献1屈华昌，塑料成型工艺与模具设计，北京：高等教育出版社，2007.8；2伍先明，塑料模具设计与指导，北京：国防工业出版社，2012.1；3裘文言，瞿元赏，机械制图，北京：高等教育出版社，2009.7；4钟日铭，Autocad2008中文版机械设计基础与实战，北京：机械工业出版社，2007.8.- 15 -
