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1、-支承座模具设计塑料模具课程设计-第 16 页塑料模具课程设计说明书 设计题目： 支承座模具设计 学院： 专业： 班级： 学号： 设计人： 指导教师： 完成日期： 2013 年 12 月 21 日 目 录第一章 塑件成型工艺性分析1 1.1 塑件成型工艺分析1 1.2 ABS通用塑料的性能分析1 1.3 ABS的注射成型过程及工艺参数2第二章 拟定模具的结构形式和初选注射机 3 2.1 分型面位置的确定3 2.2 型腔数量和排位方式的确定4 2.3 注射机型号的确定 4 2.4 注射机相关参数的校核 6第三章 浇注系统的设计 7 3.1 主浇道的设计7 3.2 分流道的设计8 3.3 浇口的设
2、计10 3.4 校核主流道的剪切速率11 3.5 冷料穴的设计及计算11第四章 成型零件的结构设计及计算11 4.1 成型零件的结构设计11 4.2 成型零件钢材的选用12 4.3 成型零件工作尺寸的计算12 4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算的计算14 第五章 脱模推出机构的设计14 5.1 脱模力的计算14 5.2 推出方式的计算16 第六章 模架的确定16 6.1 各模板尺寸的确定16 6.2 模架各尺寸的校核16第七章 排气系统的设计17第八章 冷却介质的设计 17 8.1 冷却介质 17 8.2 冷却系统的简单计算 17第九章 导向与定位结构的设计18设计心得 19参考文献 2
3、0 第一章 塑件成型工艺性分析支承座注射模设计本课程设计为一支承座，如图1-1所示。塑件结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷，脱模斜度30-1；材料要求为ABS，生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。1.1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，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性较好，适合于注射成型。(2) 精度等级 塑件每个尺寸的公差不一样，任务书已给定尺寸公差，未注公差的尺寸取公差为MT3级。(3) 脱模斜度 ABS的成型性能良好，成型收缩率较小，参考文献1表选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1。
4、图1-1支承座1.2 ABS工程材料的性能分析ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。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的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。A
5、BS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。ABS是一种综合性能十分良好的树脂，无毒，微黄色，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%-0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%-0.4%，而且绝少出现塑后收缩。ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为8090下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210280；建议温度：245。 模具温度：25
6、70。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力：5001000bar。 注射速度：中高速度。1.3 ABS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。干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为8090下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：210280；建议温度：245。 模具温度：2570。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力：5001000bar。 注射速度：中高速度。表1-1 ABS的性能参数密 度(g/ )1.031.07计算收缩率 (%)：0.30.8吸水率(
7、%)：0.20.4熔点（）：130160热变形温度（）：90108拉伸弹性模量（Mpa）：1.8弯曲强度（Mpa）：80硬度（HB）：11体积电阻率 ：9.7击穿电压（KV/mm）：6.9（2）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，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。2）注射工艺参数注射机：螺杆式，螺杆转速为48r/min预热温度()： 80-85 时间()： 23料筒温度（）：前段180-200中段165-180后段150-170喷嘴温度（）：170-180模具温度()：50-80注射压力（MPa）： 60-100成型时间
8、（s）：注射时间20-90高压时间0-5冷却时间20-120总周期50-220 第二章 拟定模具的结构形式和初选注射机2.1分型面位置的确定 通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选在支承座的截面积最大且利于开模取出塑件的底面上，其位置如图1-2所示。2.2 型腔的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搞，尺寸也较小，并且为大批量生产，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用等因素，初步制定为一模四腔形式。2）型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模四腔，其型腔中心距地确定见图1-3及其说明，故流道采用H形对称排列，
9、使型腔进料平衡。如图1-3所示。 图1-2 分型面的选择 图1-3 型腔数量的排列布置3）模具的结构形式的初步确定 由上分析，该模具的设计为一模四腔，对称H型直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推板推出或推杆推出。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，这样，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或推件板。综上分析可确定采用大水口的单分型面注射模。2.3 注射机型号的确定1）注射量的计算通过PRO/E建模分析得塑件质量属性如图1-4所示。图1-4PRO/E建模分析塑件体积为：V塑=2.634塑件质量：M塑=V塑=1.05x2.634=2.766g 公式中，可根据参
10、考文献2表9-6取1.05g/2) 浇注系统凝料体积的初步估算 由于浇注系统的凝料在设计之前不能去定准确的数值，但是可根据经验按照塑件体积的0.2倍到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，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和4个塑件体积之和）为V总=1.3n V塑=1.3*4*2.634= 13.69613.7003) 选择注射机根据以上的计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为13.700，由参考文献1式（4-18）V公= V总/0.8=13.7/0.8=17.125。根据以上的计算，初步选择公称注射量为2
11、00,注射机型号为SZ-200/120卧室注射机，以及主要技术参数见表1-2。表1-2 注射机主要技术参数理论注射量/200拉杆内向距/mm355x385螺杆柱塞直径/mm42移模行程/mm350注射压力/MPa150最大模具厚度/mm400注射速率/g120最小模具厚度/mm230塑化能力/kgh70锁模形式双曲肘螺杆转速/r0220模具定位孔直径/mm125锁模力1200喷嘴球半径/mm15喷嘴孔直径/mm44）注射机的相关参数的校核（1）注射压力校核。 查参考文献1 表4-1可知，该制件属于厚壁件，ABS所需注射压力为80-110Mpa，所以即使选用P0=110MPa，该注射机的公称注射
12、压力P公=150MPa，注射压力的安全系数K1=1.251.4,这里我们取K1=1.3，则：K1P0=1.3*110=143。所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力的校核塑件在分型面上的投影面积A塑=（-4*）* /4-=337.455=338浇注系统再分型面上的投影面积A浇，A浇是每个塑件再分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍，本例中的流道较简单。分流道也较短，所以选择分流道凝料投影面积可适当取小些，这里选取A浇=0.2A塑 。塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积为A总=N(A塑+A浇)=N（A塑+0.2A塑）=4*1.2A塑=4X1.2*338=1862.4模具型腔内的胀型力F胀，则F胀
13、=A总P模=1862.4*50=93.12KN上式中，P模是型腔的平均计算压力值，P模通常取注射压力的20%40%，所以大致范围在30Mpa60Mpa，因为材质是ABS，根据其黏度和制品的精度要求，我们选择P模为50MPA。由表1-2可知该注射机的公称锁模力为F锁=1200KN，锁模力安全系数为K2=1.11.2,这里选择K2*F胀=1.2*F胀=1.2*93.12=111.744F锁 。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。 第三章 浇注系统的设计 3.1主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机注射出的熔体导入分流道或型腔中。形状一般为圆锥形
14、，便于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道速度和充模时间。由于主流道和高温塑料熔体以及注射机喷嘴反复接触，因此设计时常设计为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，本次设计初取50mm进行计算。（2） 主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.5-1）mm=4.5mm（3） 主流道大端直径 D=d+L主tan（a/2）=8，其中式中a选取4。（4） 主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1-2）mm=15+2=17mm。（5） 球面的配合高度 h=3mm。2）主流道的凝料体积V主=L主
15、（主+主+R主r主）/3=50x(+4x2.25)x3.14/3=1573.33) 主流道当量半径 Rn=3.125mm4）主流道浇口套的形式 主流道衬套是标准件可选购，主流道小端口入口与注射机喷嘴反复接触，易磨损，故对材料要求比较高，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，但考虑上述因素故一般将主流道衬套与定位圈分开设计，便于拆卸更换。材料选用优质钢材单独加工并进行热处理。本设计中浇口套选用碳素钢T10A，并热处理淬火表面硬度为50HRC-55HRC。形式如下图1-5所示。 图1-5浇口套3.2分流道设计1）分流道的布置形式 为了减少再流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降
16、低以及减少分流道的容积和压力平衡，采用平衡式分流道。2） 分流道的长度 根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中。3）分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量 m=V塑=1.052.634x2=55.3200g但该塑件的壁厚在2-3.5mm之间，查参考文选2图2-3的经验曲线查得=4.3，再根据单向分流道长度60，由图2-5查得修正系数Fl=1.05，则分流道直径经修正后为D=fL=4.31.05=4.5154.6mm4）分流道的截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，熔体的热量散失和流动阻力均不大。5）分流道界面尺寸设梯形的上底宽度为B=6mm，地面的倒角为半径R=1mm，梯形高度取H=2
17、B/3=4，设下底宽度为b,梯形面积应满足如下关系式。H=代值计算的b=3.813mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减小以及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算等梯形的斜度为a=10.6，基本符合要求。如图1-6所示。 图1-6 分流道截面形状6）凝料体积（1）分流道的长度为L分=（23+3.5+6）2=65mm（2）分流道截面积 A分=4=21（3）凝料体积 V分=L分A分=6521=1365=1.365考虑圆弧影响取V分=1.37）校核剪切速率（1）确定注射时间：查参考文选2表2-3可取t=2S。（2）计算单边流道体积流量：q分=3.634（3）由公式=可得到分=2.361该分流道的剪
18、切速率处于浇口主流道和分流道的最佳剪切塑料5x5x。故分流道的熔体剪切速率合格。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，一般去Ra1.25 2.5m。这里我们根据加工实际选取Ra1.6m，另外脱模斜度一般为510。而之前计算脱模斜度为10.6，脱模斜度足够。3.3浇口的设计 根据塑件的要求，不允许出现裂纹和变形，表面质量要求也较高，并采用一模四腔，为便于调整冲模时的剪切塑料和封闭时间，采用侧浇口，其界面形状简单，易加工，也便于试模后修正，且开设再分型面上，从型腔的边缘进料。1）侧浇口尺寸的确定（1）计算侧加工的深度。根据查参考文选2表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式
19、为h=nt=3x0.7=2.1mm其中，n是塑料成型系数，ABS系数为0.7，t为塑件壁厚，这里取t=3mm。为了便于试模时发现问题并进行修模处理，参照文选查找ABS的侧浇口厚度为1.83mm，这里我们选择浇口深度为2mm。（2）计算侧浇口的宽度，根据侧浇口宽度公式B=可得。B=0.64mm0.7mm式中，n为塑料成型系数，ABS取0.7，A为凹模的内表面积。（3）计算侧浇口的长度，根据查参考文选2表2-6可取侧浇口的长度L浇=0.75mm2）侧浇口的剪切速率的校核（1）确定注射时间为t=2S。（2）计算单边流道体积流量：q浇=13.169（3）由公式=4，可得到=328063.2x4符合剪切
20、速率。式中， 为矩形浇口的当量半径，即=0.75。3.4校核主流道的剪切速率1）计算主流道的体积流量Q主=55.772)计算主流道的剪切速率=1.920x可得到，主流道的剪切速率处于浇口和分流道最佳剪切速率55之间。则主流道剪切速率合格。3.5冷料穴的设计及计算 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，由于该制件要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，采用球头拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱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 成型零件的机构设计（
21、1） 凹模的结构设计。凹模是成型制品外表面的成型零件。其结构可分整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。这里采用整体嵌入式。如图1-7。 图1-7 凹模嵌块 图1-8 凸模嵌块（2） 凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组合式两种类型。这里采用整体式型芯。如图1-8.4.2成型零件钢材选用对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的强度、刚度、耐磨性及良好的抗疲劳性，还考虑它的机械加工性能和抛光性能。该塑件是大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。成型塑件型芯，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材也选用P20，进行渗碳处理。4.3成型零件工作尺寸的计算
22、 采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件图给定的公差计算。（1） 凹模径向尺寸计算 塑件外部径向尺寸的转换L=27 L=17 L=10.5根据公式：L=(1+S)L-X 计算可得：L=（1+0.0055）X27-0.6X0.46 =26.8725=26.8L=16.9045=16.9L=10.5578=10.5（2）凹模深度尺寸计算根据公式：H=(1+S)H-X 计算可得；H=2 H=14 H=18H=（1+0.0055）x2-0.75x0.14 =1.906=1.9H=13.888=13.8H=17.91=17.9（3）型芯径向尺寸计算根据公式：l=(1+S)l-X
23、 计算可得；l=(1+S)l+X=(1+0.0055)13.5+0.7x0.27 =13.763=13.7(4) 型芯高度尺寸计算根据公式：h=(1+S)h-X 计算可得；h=2 h=12.25 h=(1+S)h+X=(1+0.0055)2+0.750.14 =2.116=2.1h=12.506=12.5（5）2 、6型芯径向尺寸计算2 、6自由公差按MT3查得：2、6，不需要转换，则根据公式：l=(1+S)l-X 计算可得；l=(1+S)l-X=(1+0.0055)2+0.750.14 =2.116=2.1l=6.168=6.1(6) 成型孔的高度。 4 2以及 6的成型芯是与凹模碰穿，所以
24、高度应取正公差，便于修模。（7）成型孔间距的计算C=(1+S)C=（1.005517）0.003=17.09350.003=17.04.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1）凹模侧壁厚度的计算。 凹模侧壁厚度与型芯内压强及凹模的深度有关。其厚度根据公式计算。可得S=（）=（）=57.51mm其中， =25=25（0.45x18+0.00118）=250.820m=20.50m=0.020mm凹模嵌件初定单边厚度选30mm，而壁厚不满足57.51mm要求，故凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中，由模板和型腔共同承受型腔压力。由于型腔采用H型直线对称结构布置，型腔之间的壁厚为S1=80-27=5
25、3mm，由于是钱小型腔，间隔符合要求。初步估算模板平面尺寸选用200x200，比型腔布置尺寸大很多。完全符合强度和刚度要求。（2） 动模垫板的厚度计算。动模垫板厚度与模架的两个垫块有跨度关系，根据前面型腔的布置。模架在200x200的范围内。查表7-4垫块之间跨度约为L=W-2W=(200-2X38)=124MM，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力可计算动模垫板厚度为T=0.54L（）=0.54124（）=20.97mm其中， =25=25（0.45124+0.001124）=251.304m=32.60m=0.033mmL是两个垫块之间的距离，约124mm；L1是动模垫板的长度，取200mm
26、，A是4个型芯投影到动模垫板上的面积。单个型芯所受压力的面积为 A1=ab=13.5x13.5=182.25mm四个型芯的面积为 A=4A1=730mm。动模垫板按照标准厚度取25mm。 第五章 脱模推出机构设计 本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出或两者综合推出方式，要根据脱模力计算来决定。5.1脱模力的计算 （1）6型芯脱模力 因为=3/3=110，所以视为厚壁圆筒塑件，其脱模力为F=其中：K= =0.9536 为脱模斜度，为1=d=2r =2rh可以得出 444.5278218F=299.6N（2）2型芯脱模力 参照（1）6型芯脱模力的计算方法得到F=34.745N四个2型芯的脱模
27、力为 4 F=138.98N（3）13.5*13.5矩形型芯脱模力 /t=27/3=910所以视为厚壁圆筒塑件，其脱模力为F=其中：K= =0.9536 为脱模斜度，为1=（L+b）/2 =2（L+b）h可以得出F=60.15N(4) 总脱模力 F= F+ F+ F=299.68+138.98+60.15=498.41N5.2推出方式的计算1）采用推杆推出（1）推出面积 设4MM的圆推杆设置4根，那么推出面积为= =44=50.24MM(2)推杆推出应力 查表取许可应力=12MPa =9.921.66 m/s. 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23.5，查书的f=0.782
28、，则h=35489.68kj/（mhc）7)计算冷却水通道的导热总面积AA=0.0073 m 8）计算模具冷却水管的总长度L L=0.0073/3.140.008=0.288mm9）冷却水路的根数，设每条水路长度为150mm，则冷却水路的根数为X=288/150=1.92根有上述可知，两条冷却水道足够满足冷却。 第九章 导向和定位结构的设计 注射模的导向机构用于动、定模之间的开合导向和脱模机构的运动想到。按作用分为外定位和模内定位。模外定位通过定位圈和注射机相配合，使模具的浇口套与注射机喷嘴精确定位。而模内定位机构通过导柱导套进行合模定位。本模具造型简单，故采用标准模架本身的定位机构。 设计心
29、得通过这次的塑料模具的课程设计，我更加扎实地掌握了有塑料模具方面的知识。在课程设计过程中，我虽然遇到了很多问题，但经过认真的思考和查询资料和老师的指导，最后终于完成了此次课程设计。首先，我学会了如何正确的解决和分析问题，领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，。没有思路的时候不要浮躁，静下心来做事会事半功倍。其次，在这学期的课程设计中，不仅培养了我们独立思考、亲自动手操作的能力，在其他各方面的能力上也都有了一定的提高。最后，回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从开始的不重视，三天打渔两天晒网，到后来主动请教别人。从理论到实践，在这段日子里，学到很多很多的东西，不仅巩固
30、了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计让我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合，才能真正的好好的利用这些知识为自己服务。课程设计对我们来说无疑是一门专业课，可以让我们收获很多专业知识以及让我们的专业技能得到提升，同时也提高了我们自主创新的能力。在这次课程设计中让我对CAD,PRO/E等软件的操作更加熟练了。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。同时，我们也遇到了很多问题，在老师的指导和我们不懈的努力下，最后终于顺利完成了此次课程设计。参考文献1 叶永新.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 伍先明.陈志钢.塑料模具设计指导M.北京：国防工业出版社，2006.