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1、1 湖南涉外经济学院机械工程学部塑料成型模具课程设计任务书学部专业题目任务起止日期：年月日至年月日止学生：班级：指导老师：日期：系主任：日期：审查学部主任：日期：批准精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 15 页2 目录一、设计题目3二、设计过程3一 、塑件的分析及塑料的成型工艺性能3二 、塑件的质量与体积计算4三 、型腔数目确实定5四 、注射机的选择5五 、成型部分的尺寸设计6六 、零件的加工工艺7七 、模具加工工艺流程 9八 、浇注系统的设计10九 、冷却系统的设计10十 、脱模机构的设计11十一 、模架的选择12十二 、
2、压力机的校核13十三 ABSS 的成型条件13十四 、参考文献14设计体会 15精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 15 页3 模具零件设计一、塑件成型工艺性分析1塑件分析1外形尺寸该塑件壁厚为0.81mm，塑件外形尺寸不大，塑料流程不太长，其材料为塑性塑料，流动性较好，适合于注射成型。2精度等级根据文献1P28 初选 MT3 。3脱模斜度PE 的成型性能良好，成型收缩率大，参考1 表 2-10 选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为01。工程塑料的性能分析(1)使用性能比重小，强度、刚度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在100
3、度左右使用，具有优良的耐腐性，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，外表硬度和耐热性较好，但成型收缩率大，低温易变脆，不耐磨，易老化。注射压力为700-1400kg.lb/cm2 2成型性能1结晶料，吸湿性小，可能发生溶体破裂，长期与金属接触易分解2流动性较好，但收缩范围和收缩值大，易发生缩孔、凹痕3 冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢。4)模温在 50 度下时塑件不光泽，易产生熔接不良和流痕。90 度以上又翘曲和变形5料温 160-220，模温 80-90 度3pp 的主要性能指标其性能指标见表1-1 表 1-1pp 的性能指标密度 /3?cmg屈服强度 /MPa 37 比体积 /13? g
4、cm拉伸强度 /MPa 38 吸水率 %拉伸弹性模具 /MPa 3104 .1熔点 /C170176 抗弯强度 /MPa 计算收缩率 %抗压强度 /MPa 53 比热容/1?CkgJ1470 弯曲弹性模量 /MPa 3104 .13pp 的注射成型过程及工艺参数。1.注射成型过程1成型前的准备。对pp 的色泽、粒度和均匀度等进行检验，pp 成型前须进行干燥，处理温度 80，干燥时间为1h。2注射过程。塑料在注塑机料筒内经过加热、塑化到达流动状态后，由模具的浇注系统进入型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。2注射工艺参数1注塑机：螺杆式，螺杆转速为48r/min (2)料筒
5、温度：前段200-220精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 15 页4 中段 180 -200后段 160-1803模具温度：80 90 4注射压力：70100Mpa 5喷嘴温度230290. 6成型时间：43s注射时间取20，冷却时间20，辅助时间3。二、拟定模具的结构形式和初选注射机通过对塑件的结构形式分析，分型面应选在截面积最大且利于开模取出塑件的平面上，其位置如图 1 示(1)型腔的数量确实定由于该塑件的尺寸精度要求不高，该塑件在用的等级一般在23 级，塑件尺寸较小， 考虑模具成本经济性所以采用一模多腔的结构形式，初
6、定为一模两腔结构形式。2型腔的排列形式确实定如图 2 示3模具结构形式的初步确定由以上分析可知，且根据塑件的结构形状，推出机构初选为推杆推出方式。 浇注系统设计时，流道采用对称平衡式的x 形式， 浇口采用侧浇口，且在分型面上。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、。由上综合分析可确定采用大水口的分型面注塑模。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 15 页5 1注射量的计算通过 Pro/E 分析的塑件的质量属性有：塑件体积：塑件V=1.9963cm塑件质量：塑件=095.2966.105.1g 且
7、g/3cm2浇注系统凝料体积的初步估算V总 塑2V=3cm3)选择注射机根据以上计算V总=cm 3，参考文献 1式(4-18)V公= V总/0.8=cm 3。所以初步选择公称注射量为 30 的 XS-Z-30 型。参考文献2表 13-1 4)注射机的相关参数的校核(1) 注射压力校核。查参考文献1P74表4-1 中等壁厚可知，ABS所需注射压力为100130Mpa，所以取P0=100Mpa,该注射机的公称注射压力P公=119 Mp 则： k1 P0=130 MpaP公=119 Mpa。 所以改选注射机SZ-160/100 卧式注射机且 P公=150Mpa (2)锁模力校核塑件在分型面上的投影面
8、积A=13002mm浇注系统在分型面上的投影面积A浇 1300=2602mm精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 15 页6 塑件和浇注系统在分型面上的投影总面积A总=n(A浇+ A塑)= 31202mm模具型腔内的胀型力F=A总P模=312035109.2KN P模=20%40%P公参考文献 1P74 表 4-2 取 P模=35KN 取锁模力安全系数K2=1.2 且 K2 129.184KN=155.021KN F 锁=900KN 表 2 注射机 SZ-160/100 主要技术参数理论注射量 /cm3 160 移模行程 /
9、325 螺杆柱塞直径 / 40 最大模具厚度/ 300 注射压力 /MPa 150 最小模具厚度/ 200 注射速率 /g 1s 105 锁模形式双曲肘塑化能力 / g 1s 45 模具定位孔直径/ 125 螺杆转速 /1minr 0-200 喷嘴球半径 / 12 锁模力 /kN 1000 喷嘴口半径 / 3 拉杆内间距345345 三、浇注系统的设计1)主流道的尺寸(1)主流道的长度一般由模具结构确定，本模具采用侧浇口，本次设计初取85mm。(2)主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+0.51mm=mm 由表 2 可知喷嘴尺寸，下同(3)主流道大端直径D=d+Ltan( ) 7mm (4)主流道
10、球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+(12)mm=14mm (5)球面的配合高度h=6.567.4)5/23/1(SRmm，取 h=5mm 2)主流道凝料体积V 主=LR2+r2+rR /3=33)主流道当量半径Rn=(2.254)/2=mm 4主流道浇口套形式。主流道为标准件可选购。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任然将其分开来设计，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 ，热处理淬火外表硬度为50HRC55HRC. 如图。
11、定位圈的结构由总装图来确定。1)分流道的分布形式在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能防止熔体温度精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 15 页7 降低，同时还要考虑减少小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。2)分流道长度由于流道设计简单， 根据两个型腔的结构设计，故取小些。单边分流道长度分L取 35mm,如图 2 所示。3)分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量m= V塑=cm3g/ cm3=g200g，根据文献 1式 4-16 ，分流道的当量直径为440.26540.26542.0958 351.11
12、71.18DmL分塑分mm 4分流道的截面形状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。5分流道截面尺寸设梯形的下底宽为Xmm ，底面圆角的半径R=1mm ，其高度H=3.5 ，该梯形的截面积满足为：5.38tan5 .3x(2)8tan5.32xx）（分hA= /4 所以则梯形的上底约为2.352mm，所以去上底为3mm，下底为2mm，梯形斜度 =8 如下列图6凝料体积1分流道的长度为L分=35mm 2分流道的截面积A分=mm3(3)凝料体积V分=L分A分=358.432=mm3=0.29512cm37)校核剪切速率1确定注射时间书1 表 4-8，2计算单边分
13、流道的体积流量：q分=V分+V塑/t=cm/s 3由书 1 式 4-20 可得剪切速率分分/ R分3=0.776103/s 最正确剪切速率为51025 103，所以剪切速率合格。8分流道的外表粗糙度和拔模斜度 m。另外，其脱模斜度一般在510这里取脱模斜度为8。3、浇口的设计该塑件可以有裂纹和变形缺陷，外表质量要求不高，采用一模两腔注射，为了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。浇口大致设在曲面中心处。1侧浇口的尺寸确实定壁厚 t=1mm 塑料成型系数n=0.7 分2D精选学习资料 - - - - -
14、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 15 页8 侧浇口的宽度30/AnBmm1mm A 是凹模的内外表约为塑件的外外表积这里是根据书 2算的型腔一侧的外表积。侧浇口的长度根据书 1表 4-10，可得侧浇口的长度浇L一般选用mm，这里取浇L=1mm。2）校核浇口的剪切速率 1计算浇口的当量半径。由面积相等可得h2BR浇，由此矩形浇口的当量半径分R=2/1Bh(2)校核浇口的剪切速率确定注射时间：由书1表 4-8，可取 t=1.6s；计算浇口的体积流量：31.9961.248cm / st1.6Vq塑浇计算浇口的剪切速率：书1由式4-20可得：.313/233.
15、33.3 1.2486.577 10 shqrRB浇分该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最正确剪切速率143105105s之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。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3n3.66cm / stVVVq分塑主主（2）计算主流道的剪切速率3133.30.586 10 sqrR。主主主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最正确剪切速率5 1025103s1之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。四，成型零件的结构设计及计算1，成型零件的结
16、构设计凹模的结构设计凹模是成型制品的外外表的成型零件。本设计采用整体嵌入式凹模。凸模的结构设计凸模是成型制品的内外表的成型零件。本设计采用整体嵌入式凸模。2，成型零件钢材的选用根据对成型零件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、 耐磨性及良好的抗疲劳性， 同时考虑他的机械加工性能和抛光性能。又因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.对于成型塑件内外表的型芯来说，由于凸模时与塑件的磨损精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 15 页9 严重，因此钢材选用P20 钢，进行渗氮处理。3.成型零件的工
17、作尺寸的计算采用参考文献2式 2-26式 2-30相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照设计任务书中给定的精度等级计算，一般的为MT3 ，其它为 MT5 。凹模长度方向尺寸的计算塑件长度方向最大尺寸为65mm，塑件外部长度方向尺寸的制造公差查参考文献1表2-4得10.37mm20.22mm10.0610.0611111 000(1)(10.0055) 650.6 0.3765.14zMcpsLSlxmmmm20.0370.0372222000(1)(10.0055) 220.6 0.2221.99McpsLSlxmmmm式中， SCP是塑件的平均收缩率，查参考文献2 表 9-6
18、 可得 ABS 的收缩率为0.3%0.8%，所以其平均收缩率SCP=(0.003+0.008)/2=0.0055 ，是系数，查参考文献2 表 2-10 可知=0.65，为塑件上尺寸的公差下同； z 是塑件尺寸制造公差，对于中小型塑件取Z=/6(下同 )。凹模深度尺寸的计算塑件高度方向的最大尺寸010.250.15.1sHmm，相应的 =0.20mm， =0.63 H?=2mm,相应的 =0.10mm ，此类是B 类尺寸。0.070.0700(1 0.0055) 50.63 0.204.90mmHScpHM)1(2=0.030.0300(10.0055)20.630.101.948mm 型芯径向
19、尺寸的计算定模型芯径向尺寸：其尺寸有8，其中 8有两个！其分别为? ? =0.34 其0z1lSlCPM）（000.060.06(10.0055)100.650.379.81mm动模型芯内孔尺寸计算塑件内部径向尺：动模的型芯尺寸6的正六边形的通孔，2和 1的通孔和 8沉孔，其中 ?=0.34mm、 ?=0.32mm、且zlScplM01)1(0.060.0600(10.0055)630.80.3463.08mm zlScplM02)1(0.050.0500(10.0055)200.80.3219.854mm 型芯高度：通孔2 和 6 的高度是10mm，而 1 有 17mm 或者说是20mm；定
20、模上的 4 和 8 是下沉 3 也就是高度为3mm，正六边形的外圆8 高度为 8mm；动模的4 和 8 的高度为3mm，所以有 =0.32mm ， =0.40mm， =0.36mm。01)1 (lScph=006.0006. 02307.334.063.03)0055.01 (mm 02)1(zlScph=006.0006. 02708.836.063. 08)0055. 01(mm 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 15 页10 03)1(zlScph=006.0006. 02818.1036.063.010)0055.
21、01(mm 04)1(zlScph=007.0007. 03455.1740.063.017)0055. 01(mm V 型芯上的孔中心间间距的计算根据outcad 的图可以大致可知61l24mm、61B=15mm，可直接得出2 1 的Cs=11mm 和 6 的六方 Cs=28mm，则ZSMCsC21)1(= 19.00605.1119.011)0055.01 (mm ZSMCsC21)1(=24.0154.2824.028)0055.01(mm 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。 如果型腔壁厚和底板的厚度不够，
22、当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力 时，将导致型腔塑性变形，甚至开裂。与此同时，假设刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料的间隙。因此，必须对型腔进行强度和刚度的计算。本模具采用凹模结构，且凹模类似于矩形凹模，故凹模的力学计算按组合式矩形凹模来计算。模具属于中小型模具，故按照强度条件来设计，然后按刚度条件来校核。凹模侧壁厚度强度计算见参考文献1 表 4-19 公式计算按整体式凹模侧壁厚度以强度为计算对象因41.0227.04410lhpphS2335300103532mm 式中h 为型腔深度，h=10mm，以塑件在型腔最大深度来计算；P 为型腔压力，P取 35MP
23、a；p为模具材料的许用应力，此型腔采用预硬化钢P20，p=300MPa 。凹模侧壁厚度刚度校核3/11pECphhS4. 6013.0102. 27 .010355 .13/15hmm 式中96)/(2)/(34444hlhlC5 .196)10/250(2)10/250(3441=0.7 因 b/105MPa 215ip，WWi001.045.05/12=839.020001.02045.05/1所以013.0p根据经验公式计算型腔侧壁厚度S=44+17= 为了能满足好结构的布局，在此取S=20mm，所以本模具能满足强度和刚度要求。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总
24、结 - - - - - - -第 10 页，共 15 页11 凹模底部厚度强度计算2/171.0ppbT275.7300353071. 02/1mm 凹模底部厚度刚度校核689. 4013. 0102 . 210350312. 0303/15mm 式中为满足底部刚度和强度要求，在此取T 为 15mm 由于型腔采用H 型直线对称结构布置，型腔之间的壁厚S1=40mm，根据型腔的布置，初步估算模板平面尺寸选用200mm350mm。五、脱模推出机构的设计推出方式确实定本塑件采用推杆的推出形式，脱模力的计算主型芯脱模力因为tba，103.22114.33040所以此处视为薄壁塑件根据参考文献1 式 4
25、-25有AKftESLF1.0)1()tan(cos82=65.1712954.7681 .0)1cos1sin45.01)(32.01()1tan45.0(1cos30006.0108. 1183N 103MPa；S 是塑件成型的平均收缩率；t 是塑件的壁厚，L 是被包型芯的长度；是在脱模温度下塑料的泊松比，为0.32；是脱模斜度为1o； f 是塑件与钢材的摩擦因数，r是型芯的平均半径；a 是矩形型芯短边长度；b 是矩形型芯长边长度；A 是塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，当塑件底部有通孔时，A 项视为零。其中cossin12fKcos2cos2221K小型芯脱模力R? =1mm、 L
26、? =10mm、 ? =r/t=1mm 、 则 K? =0.666802071； R? =、 L? =17mm、 ? ；R? =4mm、L? =3mm、 ? =4mm。K? =0.250057124；K? 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 15 页12 因为所有 2；式中 为 ABS 在脱模温度下的许用接触应力，见参考文献2表 2-12，取 min因此，本模具推杆的推出面积可以满足要求，塑件不会产生顶白现象。六、模架确实定根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为160mm220mm，型腔所
27、占平面尺寸为160mm180mm，利用参考文献2 经验公式 7-1进行计算，即：W3=W +10=160+10=170mm ，查参考文献2表 7-4 得 W=230mm 。考虑到导柱、导套、水路的布置因素，根据参考文献2 表 7-1 确定选用A1 型模架，查表7-4 的 WL=250mm 350mm 及各板的厚度尺寸。A 板尺寸A 板是定模型腔板，塑件高度为20mm，凹模深度为5mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，还得留出足够距离，故A 板厚度取 40mm。B 板尺寸B 板是型芯固定板，按照模架标准板厚度取32mm。C 板尺寸垫块 =推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+ 5 10 mm=15+
28、20+16+5 10=5671mm，初选C80mm。经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记为：A2525 403280GB/T12555 2006。其它尺寸按标准标注，如下图。模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸模具平面尺寸250mm350mm260mm 360mm，校核合格；模具高度尺寸212mm 200mm212mm300mm( 模具的最大厚度和最小厚度)， 校核合格；模具的开模行程S=H1+H2+(510)mm=15+70+510=8590mm300mm ，校核合格。七、排气槽的设计该塑件由于采用侧浇口进料，熔体从分型面处向上、下两边运动并最后充满型腔。顶部沿分型面的间隙向
29、外排出。同时， 底面的气体会沿着推杆的配合间隙，分型面和型芯之间的间隙外排出。八、冷却系统的设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 15 页13 冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。ABS 属于中等粘度材料，其成型温度及模具温度分别为200和 5080。所以，模具温度初步选定为50，用常温水对模具进行冷却。2.冷却系统的简单计算（1）单位时间内注入模具中的塑件熔体的总质量W 塑料制品的体积V=
30、V 主 +V 分 +nV 塑=1.573+0.3053+43.784=3塑件制品的质量m=V 1.10= 塑件壁厚为1mm，可查文献 1 表 4-34 得s9. 2冷t，由注射机的参数可得s8 .1注t，脱模时间取s8脱t，则注射周期：脱冷注tttt 0.0187kg/h=5.3kg/h 。（2）确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q，查文献 1表 4-35 直接可知ABS 的单位热流量 Q 的值的范围在310400 kJ/kg 之间，故取Q=370kJ/kg 。（3）计算冷却水的体积流量qv 设冷却水道入水口的水温为? =24，出水口的水温为? =25，取水的密度=1000kg/m3，水的
31、比热容=4.178kJ/kg 。则根据公式可得：)c(60WQqv21min/00781.0min/)2425(187.41000603703.533mm（4）确定冷却水路的直径d 当 qv3/min 时，查文献 1表 4-30 可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径d=0.012m。（5）冷却水在管内的流速=4q/60 d2=sm/151.1012.06000781.042（6），查文献1可得f=0.68，则有:)/(1094.1)/(012.0)151.11000(8.6187.4)(187.42422.08. 02.08.0chmkJchmkJdfh?（7）计算冷却水通道的
32、导热总面积A 22400396.05.24501094.13703.5mmhWQA（8）计算模具所需冷却水管的总长度L mmmmdAL105105.0012.000396.0（9）冷 却 水 路 的 根 数x 设 每 条 水 路 的 长 度 为mml50, 则 冷 却 水 路 的 根 数 为1 .250105lLx根精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 15 页14 由上述计算可以看出，两条冷却水道对于模具来说显然不一定够，因此应根据具体情况加以修改。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。八、总装配图和零件图的绘制
33、经过上述一系列计算和绘图，把设计结果用总装图来表示模具的结构，如下图九、参考文献：文献1 塑料成型工艺及模具设计湖南大学叶久新王群主编文献 2 塑料模具设计指导第二版伍先明张蓉杨军周志冰编著设计体会本设计是对大学三年所学知识与能力的综合应用和检测，是每一个合格的大学生的必经工程， 也是一个重要的实践性教学环节。本次设计， 不仅培养了我们正确的设计思想； 同时也让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，以及锻炼了我们综合运用知识的能力。在本次设计过程中， 我们大量阅读了各种技术资料及手册， 不仅认真探讨了模具设计领域内的各种问题，而且对塑料零件的性能等问题进行了研究。 因此，本次设计不仅加深了自己对
34、专业所学知识的的理解和认识，而且也拓宽了自己的知识面。此外，本次设计在绘图过程中，使用了 AUTOCAD、PRO-E 、等二维和三维绘图软件， 这些都不同程度地使我们学到了更多的知识，进一步提高了我们绘图的能力。在本次毕业设计中， 徐友良等老师给了我们耐心的指导，并在设计中及时给我们解答疑难， 让我在本次毕业设计中知识我能力得到了一个质的飞跃，使我们对以前所学的理论知识有了更深的理解与运用，这对我的将来都会产生深远的影响。并且，在设计过程中还得到了其他老师和各组同学的热忱帮助，在此表示感谢！由于本人知识有限，实际经验不足，因此设计中难免还存在或多或少的不足之处，敬请各位老师批评指正，本人将不胜感激！精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 15 页15 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 15 页