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1、江 苏 科 技 大 学材料学院塑料成型工艺与模具课程设计课题名称：塑料成型模具设计姓名：学号：专业班级：系 （院） ：材料科学与工程学院指导老师：设计时间： 2011 年 1 月 6 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - 目录设计任务书（零件图） 1 一设计目的 2二塑料成型工艺 3 三模具结构形式 4 四浇注系统设计 5五. 成型零件设计 5六模架结构形式 6 七凸模推出机构 7 八模架及其他零部件 8 九冷却系
2、统设计 9 十导向结构设计 9 十一参考文献 13 十二附录 14 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - 一设计任务：1. 塑料模具装配图纸一张。2. 主要的零件图纸。3. 塑料制件图。4. 编写课程设计说明书一份。二设计目的：（1）综合运用塑料模具设计、机械制图、公差与技术测量、机械原理及零件、模具材料及热处理、 模具制造工艺等课程的知识，分析解决塑料模具设计问题，进一步加强和巩固所学知识。（2） 通过设计实践，
3、逐步树立正确的设计思想， 增强创新意识和竞争意识，基本掌握塑料模具设计的一般规律，培养分析和解决问题的能力。（3）通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关资料，进行塑料模具设计全面的基本技能训练，未毕业设计打下一个良好的实践基础。三塑件成型工艺性分析1. 塑件的分析（1）外形尺寸该塑件壁厚为 2mm ，收缩率为 0.03 0.04 ，塑件外型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - 尺寸不大，塑料熔体流程不长塑
4、件材料PP为结晶型高聚物，流动性较好，注射成型时需考虑各种因素。（2）精度等级未标注的为 MT6 （3）脱模斜度 PP 的成型性能好，成型收缩率较小，查参考文献，选择塑件上型芯和凹模的统一脱斜度为1。3PPO的注射成型过程及工艺参数1）注射成型过程注射过 程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后由模具内的浇注系统进入模具型腔成型，期过程可分为充模、压实、保压、倒流、冷却五个阶段。2）注射工艺参数（1）注射机：螺杆式。螺杆转速为3060(r/min) （2）料筒温度 t/ ：前段 180200；中断 200220；后段 160170。（3）模具温度 t/ ：4080；（4）注射压力（
5、p/MPa ） ：70120；（5）成型时间（ s） ：40120. 四拟定模具的结构形式和初选注射剂 1.分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在截面积最大且有利于开模取出塑件的平面上 . 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - 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，塑件的尺寸较小，可以用一模多腔的结构形式。同时考虑到塑件的尺寸，模具结构的尺寸的关系，以及制造费用和
6、各种成本费用等因素，初步定该模具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多腔，其型腔中心距50mm, 流道采用对称排列，使其型腔进料平衡。3. 注射机型号的确定1）注射量的确定塑件体积：V塑=3.28cm3，塑件质量：m塑=V塑=2.59g，式中，密度参照参考文献取 =0.9g/ cm3。2）浇注系统凝料体积的初步估算由于浇注系统凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2 1 倍来估算。由于本次设计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0.3 倍来估算， 古一次注入模具的型腔塑料熔体的总体积为 V总=1.3nV塑=1.323
7、.28=8.53 cm33）选择注射机根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料总体积V总=8.53cm3，由参考文献的V公=V总/0.8=8.53/0.8=10.66 cm3，根据以上的计算，初步选择公称注射量为 30 cm3，注射机型号为SYS-30立式注射机。4）注射机的相关参数校核（1）注射压力校核。查参考文献可知，PP 所需注射压力为70120Mpa ，而名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - 这里取
8、 P0=90Mpa ，该注射机的公称注射压力P公=157 Mpa，注射压力安全系数K1=1.251.4 ，这里取 K1=1.3，则： K1 P0=1.390=117 MpaP公，所以，注射机的注射压力合格。（2）锁模力校核。塑件在分型面上的投影面积A塑=2（32-22）=31.4mm2浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括浇口）造分型面上的投影面积A浇的数值可以按照多型腔模具的统计来分析确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2 0.5 倍，由于本设计的流道较简单，分流道相对较短，因此流道凝料面积可适当取小些，由于PP的流定性较好，流道设计较小些。综合这两方面这里取A浇=20
9、.2 0.5 A塑=0.2A塑。塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积为：A总=n（A浇+ A塑）=1.2A塑=37.68 mm2模具型腔内的胀型力F胀= A总P模=37.6830=1.13kN 上式中，P模是型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔内的压力， 通常取注射压力的 2040，大致范围为 25 Mpa40 Mpa。由于 PP流动性好，故需去较小值，故P模取 30Mpa 。由上表注射机的主要技术参数知注射机的公称锁模力F锁=500kN ，锁模力安全系数为 K2=1.11.2 ，这里取 K2F胀=1.2F胀=1.21.13=1.36kNF锁，所以注射机锁模力满足要求。五. 浇注系统的设计1.
10、 主流道的设计名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - 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内。 主流道的形状为圆锥形， 以便熔体的流动和开模是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，由于主流道与高温塑料熔体及注射喷嘴反复接触。因此在设计中常设计为课拆卸更换的浇口套。1）主流道尺寸（1）一般主流道的长度由模具结构确定，对于小模具L 应尽量
11、小于 60mm,本设计中初取 L=30mm 进行计算。（2）主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸 +（0.51）mm=3.7mm（3）主流道大端直径 D=d=2L主tan( /2)+d2=5.27mm ，式中 3。（4）主流道球面直径 SR=主设计喷嘴球头半径 +（12）mm=12+2=17mm。（5）球面的配合高度 h=3mm。2） 主流道的凝料体积V主=L（R2主+r2主+R主r主） /3=30 （2.6352+1.852+2.6351.85） 3.14/3= 473.6mm2. 3）主流道当量半径 Rn=（D+d2）/2=4.48mm 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
12、小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。因此，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 ，热处理淬火表面硬度达50HRC 55HRC 。如下图所示。定位圈的结构由总装图来具体确定。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - 2. 分流道的设计1）分流道的布置形式为了尽量减少在流道内的压力损失和尽量避免熔体温度降低，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。2）分流道的长度
13、根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中。3）分流道的当量直径根据材料为 PP ，选取 D=4.8mm 。4）分流道界面尺寸设梯形的上底宽度为B=4.8mm ，底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取 3.8 ，斜度为 5 6）凝料体积图 6分流道面积形状（1）查表得分流道的长度为50mm 。（2）分流道横截面积A分=(4.8+4.8-2 3.8tan5 )3.8/2= 16.98mm2（3）凝料的体积V分=L分A分 =50 16.98=848.8mm3 7）校核剪切速率（1）确定注射时间：查参考资料可取t=2s。（2）计算单边分流道体积流量：q分=（V分+V塑）/t=848.8+3280=4128
14、.8 cm3s-1。（3）由参考资料公式2-22 得剪切速率分=3.3 q分/ （R3分）=12.012.012.014.31288.43.3=6s-1 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道最佳剪切速率51025103名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - s-1的之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.25um 2.5um即可，此处取Ra
15、1.6um ，取脱模斜度为 5，脱模斜度足够。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， 采用一模四腔注射，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，其界面形状简单，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。1）侧浇口尺寸的确定（1） 侧浇口的选择。根据表得侧浇口深度为0.8mm ， 宽度为 1mm ， 深度为 1mm 。 2 ）侧浇口剪切速率的校核（1）确定注射时间：t=2s；（2）计算浇口的体积流量：q 浇=V塑/t=1.64cm2.s-1（3）计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：=3.3q浇/ (Rn3)=3.36104在 10
16、4105之间剪切速率合格。4. 校核主流道的剪切速率1)计算主流道的体积流量q 主=（V主+V分+nV塑）/t=7882.4cm3.s-1 (2) 计算主流道的剪切速率主=3.3q主/R3主=224.0224.0224.014.3882.73.3=737.1 s-1主流道的剪切速率处于浇口和分流道的最佳剪切速率5 1025 103之间， 所以，主流道的剪切速率合格。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - 5. 冷料穴的
17、设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模上，其作用主要是储存熔体前锋的凝料，防止凝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又有分流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与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料从主流道衬套中脱出。六成型零件的结构设计及计算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、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体式。（2）凸模的结构设计（型芯） 。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
18、型。该塑件采用组合式。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。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成型零件工作尺寸的计算（1）凹模径向尺寸的计算塑件外部径向尺寸的转换 ls1= 60-0.09mm ，相应的塑件制造公差1=0.09mm ls2=120-0.11mm ，相应的塑件制造公差2=0.11mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -
19、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - Ls3=250-0.13mm ，相应的塑件制造公差5=0.13mm LM1=（1+Scp）ls1-430+/6=（1+0.00035） 6-0.750.090+0.015=5.9350+0.015 LM2= （1+Scp）ls2-4320+/6= （1+0.00035） 12-0.750.110+0.018=11.922 0+0.018LM3= （1+Scp）ls5-4350+/6= （1+0.00035） 25-0.750.130+0.022=24.9110+0.0
20、22式中，Scp 是塑件的平均收缩率， 查表 1-1 可得 PPO 的收缩率为 0.03%0.04%，所以其平均收缩率Scp= （0.0003+0.0004 ） /2=0.00035 ， ， 对于中小型塑件取z= /6（下同）（2）凹模深度尺寸的计算塑件高度方向尺寸的换算：塑件高度的最大尺寸Hs1= 530-0.19mm ，相应的s1=0.19mm; Hs2= 30-0.075mm ，相应的s2=0.075mm; HM1=(1+Scp)Hs1-3210+/ 3=（1+0.00035） 53-0.670.190+0.063=52.8910+0.063HM2=（1+Scp）Hs2-3220+/3=
21、（1+0.00035） 3-0.670.0750+0.025=2.9510+0.025（3）型芯径向尺寸计算。塑件内部径向尺寸的转换 Ls1= 40+0.075mm ， Ls2= 80+0.09， Ls3= 180+0.09,， s1=0.075mm ， s2=0.09mm ， s3=0.13mm LM1=(1+Scp)ls1+4310-/6=(1+0.00035)4+0.75 0.0750-0.0013=4.0580-0.0013LM2=(1+Scp)ls2+432 0-/ 6=(1+0.00035)8+0.75 0.090-0.015=8.0700-0.0015LM3=(1+Scp)ls3
22、+4330-/6=(1+0.00035)18+0.75 0.130-0.022=18.1040-0.022（4）型芯高度尺寸计算。塑件内腔高度尺寸转换： hs1=1mm ，hs2=42.17mm ，hs3=53mm ， 1=0.06mm ， 2=0.16mm ， 3=0.19mm 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 17 页 - - - - - - - - - hM1=(1+Scp)hs1+3210-/ 3=(1+0.00035)1+0.67 0.060-0
23、.02=1.0410-0.02hM1=(1+Scp)hs1+3210-/ 3=(1+0.00035)42.17+0.670.160-0.053=42.2920-0.053 hM1=(1+Scp)hs1+3210-/ 3=(1+0.00035)53+0.67 0.190-0.063=53.150-0.063七脱模推出机构的设计本塑件结构简单，可采用推荐板推出、推杆推出、或推件板加推杆的综合推出方式。根据脱模力计算来决定。1脱模力的计算（1） 19 主型芯脱模力因为 =r/t=9.5/1.5=6.310，所以此处视为厚壁圆筒塑件，根据本节参考文献【1】式 4-26 脱模力为 F1=2rESL(f-
24、tan)/(1+K1)K2+0.1A =23.14 5 1100 0.0152 (0.14-tan1) /(1+0.32+26.25/cos1+22.5cos1)(1+0.14sin1cos1)=646N 式中， E塑料的拉伸弹性模量（MPa ） S 塑料成型的平均收缩率（% ） t 塑件的壁厚（ mm ） L 被包型芯长度（ mm ）塑料的泊松比（查本书表2-12）脱模斜度（ 0） f 塑料与钢材之间的摩擦因数名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 17 页
25、- - - - - - - - - r 型芯的平均半径（ mm ） A 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm2 ） K1 由 和 决定的无因次数， K1=2 2/cos2+2 cos K2 由 f 和 决定的无因次数， K2=1+fsincos 。（2）总脱模力 F=2F1=1.3KN 2 、推出方式的确定 1 ）采用推杆推出（1）推出面积设 1.5mm的圆推杆设置 4 根，那么推出面积为 A杆= d211.5/4=21.52=14.13mm2 （2）推杆推出应力根据查表取许用应力 =29MPa =F/A 杆=1300/14.13=23Mpa 2) 推板厚度（1）推件板推出时的推出面积
26、A 板= （D2-d2）/4=3.14 （322-192）=520.46mm2 （2）推件板推出应力 =8MPa =F/A=1300/520.46=2.5MPa8MPa 合格 t=3KF=7.1mm 八模架的确定1各模架尺寸的确定（1）A板尺寸 A 板是定模型腔板， A板厚度取 15mm 。（2）B板尺寸 B 板是型芯固定板，按模架标准板厚取15mm 。（3）C板（垫块）尺寸垫块=推出行程 +推板厚度 +退杆固定板厚度 +（510）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13
27、 页，共 17 页 - - - - - - - - - mm= （53+7+5+7 ）mm=72mm. （4）垫板尺寸取 15mm 。（5）模架尺寸 200160 190mm 。（6）各板长宽尺寸 160 146mm 。2. 模架各尺寸的校核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 270mm300mm275mm 385mm ，校核合格。（2）模具高度尺寸 190mm200mm（模具的最大厚度），校核合格。（3）模具的开模行程S=H1+H2+ （510）mm=25+40+（510）=70751.66m/s 合理 6）求冷却管壁与水交界面的膜转热系数h 因为平均水温为 28.5C
28、，查本节参考文献可得f=7.22 ，则有 :h=4.187f(v)0.8/d0.2名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - = 4.1877.22(1000 3.07)0.8/ （64 10-6）0.2=12850.3kJ/(m2.h.0C) 7)计算冷却水通道的导热总面积A A=WQs/h=0.85 590/12850.3(40-28.5)=3.410-3m2 8)计算模具冷却水管的总长度L L=A/d=3.4 10
29、-3/3.140.008=0.135m=135mm 9)冷却水路的根数 x 设每条水路的长度l=160mm ，则冷却水路的根数为 x=L/l=160/135=1.19根由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，本设计中采用动定模各两条冷却水道对型芯和凹模嵌件进行冷却. 十导向与定位结构的设计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与注射机相配合，是模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合膜定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度
30、要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。十一参考文献1. 材料成型加工与模具化学工业出版社黄虹 编2. 互换性与测量技术基础中国标准出版社景旭文 编著3. 现代工程图学上海交通大学出版社吴巨龙 主编名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - 附录名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - -