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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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：年月日至年月日止同学：班级：指导老师：日期：审查系主任：日期：学部主任：日期：批准1 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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、塑件的质量与体积运算 4三、型腔数目的确定 5四、注射机的挑选 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
2、十、脱模机构的设计 11十一、模架的挑选 12十二、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 152 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,流淌性较好,适合于注射成型；2精度等级依据文献 1P28 初选 MT3 ；1 表 2-10 挑选塑件上型芯和凹模3脱模斜度PE 的成型性能良好,成型收缩率大,参考的统一脱模斜度为0 1 ；工程塑料的性能分析1使用
3、性能比重小,强度、刚度、耐热性均优于低压聚乙烯,可在100 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2成型性能700-1400kg.lb/cm2 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流淌性较好,但收缩范畴和收缩值大,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；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90 度以上又翘曲和变形密
4、度 /g.cm3容170176 屈服强度 /MPa 37 103比体积 /cm3 . g1拉伸强度 /MPa 38 吸水率 %拉伸弹性模具 /MPa 14.熔点 /C抗弯强度 /MPa 运算收缩率 %1470 抗压强度 /MPa 53 103弯曲弹性模量 /MPa 比热14./J.kg.C13pp 的注射成型过程及工艺参数；1.注射成型过程1成型前的预备；对pp 的色泽、粒度和匀称度等进行检验,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、塑化到达流淌状态后,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
5、工艺参数1注塑机：螺杆式,螺杆转速为 48r/min 2料筒温度：前段 200-2203 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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. 20,冷却时间20,帮助时间3；6成型时间： 43s注射时间取二、 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型腔的数量的确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
6、,塑件尺寸较小, 考虑模具成本经济性所以采纳一模多腔的结构形式,式；2型腔的排列形式的确定 如图 2 示初定为一模两腔结构形3模具结构形式的初步确定由以上分析可知, 且依据塑件的结构外形,推出机构初选为推杆推出方式； 浇注系统设计时,流道采纳对称平稳式的x 形式, 浇口采纳侧浇口,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纳大水口的分型面注塑模；4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1注射量的运算通过 Pro/E 分析的塑件的质量属性有：塑件体积：塑件V
7、=1.996cm3塑件质量：塑件=1.051. 9662 .095g 且 g/cm32浇注系统凝料体积的初步估算V总 塑 2 V=cm33挑选注射机依据以上运算V总=cm 3,参考文献 1 式4-18V公= V 总/0.8=cm 3；所以初步挑选公称注射量为 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 就：k1 P0=130 Mpa P 公=119 Mpa ；所以改选注射机 S
8、Z-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积A=1300mm2mm2浇注系统在分型面上的投影面积A浇 1300=2605 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 塑件和浇注系统在分型面上的投影总面积A总=nA浇+ A 塑= 3120mm2模具型腔内的胀型力F=A总 P模= 312035109.2 KN 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=900K
9、N 表 2 注射机 SZ-160/100 主要技术参数理论注射量 /cm311 160 345 移模行程 / 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 s1 105 锁模形式双曲肘塑化才能 / g s 45 模具定位孔直径/ 125 螺杆转速 /rmin 0-200 喷嘴球半径 / 12 锁模力 /kN 1000 喷嘴口半径 / 3 拉杆内间距345三、 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,本模具采纳侧浇口,本次设计初取 85mm；2主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸 +0.51m
10、m=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主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径 +12mm=14mm 5球面的协作高度 h= 1 / 3 2 / 5 SR 4 . 67 5 . 6 mm,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
11、单独加工和热处理；本设计中浇口套采纳碳素工具钢 T10A ,热处理淬火外表硬度为 50HRC55HRC. 如图；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削减在流道内的压力缺失和尽可能防止熔体温度6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 降低,同时仍要考虑削减小分流道的容积和压力平稳,因此采纳平稳式分流道；2分流道长度由于流道设计简洁, 依据两个型腔的结构设计,故取小些；单边分流道长度L分取 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=g2
12、00g,依据文献 1 式 4-16,分流道的当量直径为D 分 0.2654 m 塑 4 L 分 0.2654 2.0958 35 4 1.117 1.18 mm 4分流道的截面外形本设计采纳梯形截面,其加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失、流淌阻力均不大；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：A 分（x x 2 3 . 5 tan 8 h x 3 5. tan 8）3 . 5 = D 2分/4 所以就梯形2的上底约为 2.352mm ,所以去上底为 3mm,下底为 2mm,梯形斜度 =8如以下图6凝料体积1分流道的长
13、度为 L 分=35mm 2分流道的截面积A分=mm33凝料体积V分=L分A分=35 8.432=mm3=0.29512cm37校核剪切速率1确定注射时间书 1 表 4-8,2运算单边分流道的体积流量：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=0.776 103/s 最正确剪切速率为 5 1025 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5 10 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,采纳一模两腔注射,为了便于调整充模时的剪切速率和封闭时间,因此采纳侧浇
14、口；其截面外形简洁,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侧浇口的尺寸的确定壁厚 t=1mm 塑料成型系数 n=0.7 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 侧浇口的宽度BnA/30mm1mm A 是凹模的内外表约为塑件的外外表积这里是依据书 2 算的型腔一侧的外表积；侧浇口的长度依据书 1 表 4-10,可得侧浇口的长度L浇一般选用 mm,这里取L浇=1mm；2）校核浇口的剪切速率 1运算浇口的当量半径；由面积相等可得2 R浇B h,由此矩形浇口的当量半径R 分=
15、Bh1/22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；：运算浇口的体积流量：q 浇V 塑1.9963 1.248cm / st1.6计算浇口的剪切速率：书1由式4-20可得.r3.3 q 浇3.3 1.2483 6.577 10 s1该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道3 R分B h3/2的最正确剪切速率51035104s1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视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）运算主流道的体积流量q 主V 主V 分nV 塑3 3.66c
16、m / st（2）运算主流道的剪切速率；3.3 q 主3 0.586 10 s1主流道内熔体的剪切速率处r3 R主于浇口与分流道的最正确剪切速率 合格；5 1025 103s 1之间,所以,主流道的剪切速率校核四, 成型零件的结构设计及运算1,成型零件的结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；本设计采纳整体嵌入式凹模；凸模的结构设计 凸模是成型制品的内外表的成型零件；本设计采纳整体嵌入式凸模；2,成型零件钢材的选用依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惫性, 同时考虑他的机械加工性能和抛光性能；又由于该塑件为大批量生产,所以构成型
17、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8 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 严峻,因此钢材选用 P20 钢,进行渗氮处理；3.成型零件的工作尺寸的运算采纳参考文献 2 式 2-26式 2-30相应公式的平均尺寸法运算成型零件尺寸,塑件尺寸公差依据设计任务书中给定的精度等级运算,一般的为MT3 ,其它为 MT5 ； 凹模长度方向尺寸的运算 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1 0.37mm 2
18、 0.22mmL M 1 1 S cp l s 1 x 1 1 0 z 1 1 0.0055 65 0.6 0.37 0 0.061 mm 65.14 0 0.061 mmL M 2 1 S cp l s 2 x 2 2 02 1 0.0055 22 0.6 0.22 0 0.037mm 21.99 0 0.037mm式中, SCP 是塑件的平均收缩率,查参考文献 2 表 9-6 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
19、公差,对于中小型塑件取 Z= /6 下同 ；凹模深度尺寸的运算塑件高度方向的最大尺寸Hs 150.10 5.10.2mm,相应的 =0.20mm,=0.63 H.=2mm,相应的=0.10mm ,此类是 B 类尺寸；1 0.0055 50.63 0.20 00.074.90 00.07mm0.03 0.03H M 2 1 Scp H = 1 0.0055 2 0.63 0.10 0 1.948 0 mm 型芯径向尺寸的运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0l M（1 S CP）l z0 01 0.0055 10 0.65 0.37 0.06 9.
20、81 0.06 mm动模型芯内孔尺寸运算 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l M 1 1 Scp l 0 z 1 0.0055 63 0.8 0.34 0 0.0663.08 0 0.06mm l M 2 1 Scp l 0 z 1 0.0055 20 0.8 0.32 0 0.0519.854 0 0.05mm 型芯高度：通孔 2 和 6 的高度是 10mm,而 1 有 17mm 或者说是 20mm；定模上的 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
21、 和 8 的高度为 3mm,所以有=0.32mm , =0.40mm, =0.36mm；h 11Scp l0=10 . 0055 30 . 630 . 340.00603 . 23070. 06mm h 2 1Scp l0z= 1.00055 8.0 630 . 36008 . 27080.06mm .0069 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - h 3 1Scp l0z= 10 . 0055 100 . 630 . 360.006010 . 28180.06mm h 4 1Scp l0z= 1.00055 170
22、. 630 . 400.007017 . 34550. 07mm V 型芯上的孔中心间间距的运算依据outcad 的图可以大致可知l1624mm、B16=15mm,可直接得出2 1 的Cs=11mm 和 6 的六方 Cs=28mm,就 CM 1sCS1Z= 10. 0055110 .1911.060500 .19mm 2CM 1sCS1Z=10.0055280. 2428.154.24mm 2成型零件尺寸及动模垫板厚度的运算在注射成型过程中,型腔主要承担塑料熔体的压力,因此模具型腔应当具有足够的强度和刚度； 假如型腔壁厚和底板的厚度不够,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
23、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,必需对型腔进行强度和刚度的运算；本模具采纳凹模结构,且凹模类似于矩形凹模,故凹模的力学运算按组合式矩形凹模来运算；模具属于中小型模具,故依据强度条件来设计,然后按刚度条件来校核；凹模侧壁厚度强度运算见参考文献 1 表 4-19 公式运算按整体式凹模侧壁厚度以强度为运算对象 因h 100 . 227 0 . 41l 442 2S 3 ph 3 35 10 35 mm p 300式中 h 为型腔深度, h=10mm,以塑件在型腔最大深度来运算；P 为型腔压力, P 取 35MPa ；p 为
24、模具材料的许用应力,此型腔采纳预硬化钢P20,p=300MPa ；凹模侧壁厚度刚度校核式中ShCphp1/3h1 5.35101/3.6 4mm 1E0 7.2 21050 . 0131 5.C3 l4/4 h3250/10 42 l4/h4962 250/10 496 1=0.7 因 b/ 105MPa pp15i2,i20 . 45 W1/50 . 001 W=0. 45201/50.001200.839所以0 . 013S= 44+17= 依据体会公式运算型腔侧壁厚度为了能满意好结构的布局,在此取S=20mm,所以本模具能满意强度和刚度要求；名师归纳总结 - - - - - - -第 1
25、0 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 凹模底部厚度强度运算T0 . 71 bp1/2.0 7130351/27 . 275mm p300凹模底部厚度刚度校核30.0 031235101/3.4 689 mm 2.25 10.0 013式中为满意底部刚度和强度要求,在此取 T 为 15mm 由于型腔采纳 H 型直线对称结构布置,型腔之间的壁厚 S1=40mm,依据型腔的布置,初步估算模板平面尺寸选用 200mm 350mm；五、脱模推出机构的设计推出方式的确定本塑件采纳推杆的推出形式,脱模力的运算主型芯脱模力由于atb,403022.310所以此处视为薄壁塑件3
26、.141依据参考文献 1 式 4-25有F8 tESLcosf2tan0.1A=r 1K81.1 81030 . 00630cos 10 . 45tan 10 1.768 . 9541712 . 65N 10 . 32 10 . 45 sin1cos 1 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,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K21fsincosK
27、12 cos22cos2小型芯脱模力R.=1mm、L.=10mm 、 .=r/t=1mm 、就 K.=0.666802071 ；R.=、L.=17mm 、 .；R.=4mm、L.=3mm 、 .=4mm；K.=0.250057124；K.11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 由于全部 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意要求,塑件不会产生顶白现象；六、模架的确定依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
28、面尺寸为160mm 220mm,型腔所占平面尺寸为 160mm 180mm,利用参考文献 2 体会公式 7-1进行运算,即：W 3=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,依据参考文献 2 表 7-1 确定选用 A1 型模架,查表 7-4 的 W L=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,考虑到模板上仍要开设冷却水道,仍得留出足够距离,故 A 板厚度取 40mm ；B 板尺寸B 板是型芯固定板,依据模架标准板厚度取 32mm；C 板尺寸
29、垫块 =推出行程 +推板厚度 +推杆固定板厚度+ 5 10 mm=15+20+16+5 10=5671mm,初选C80mm ；经上述尺寸运算,模架尺寸已经确定,标记为：A2525 40 3280GB/T12555 2006；其它尺寸按标准标注,如下图；模架各尺寸的校核 依据所选注射机来校核模具设计的尺寸模具平面尺寸250mm 350mm260mm 360mm,校核合格；,校核模具高度尺寸212mm 200mm212mm300mm 模具的最大厚度和最小厚度合格；模具的开模行程 S=H1+H 2+510mm=15+70+ 510=8590mm300mm ,校核 合格；七、排气槽的设计该塑件由于采纳
30、侧浇口进料,熔体从分型面处向上、下两边运动并最终布满型腔；顶部沿分型面的间隙向外排出；同时, 底面的气体会沿着推杆的协作间隙,分型面和型芯之间的间隙外排出；八、冷却系统的设计12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 冷却系统的运算很麻烦,在此只进行简洁的运算；设计时忽视模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量,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
31、却系统的简洁运算（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=V 主 +V 分 +nV 塑=1.573+0.3053+4 3.784=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t冷t.2 9 s,由注射机的参数可得t注1 8. s,脱模时间取t脱脱8 s,就注射周期：tt注t冷 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 的值的范畴在310400 kJ/kg 之间,故取 Q=370kJ/kg ；（3）运算冷却水的体积流量 qv
32、 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/m 3,水的比热容 =4.178kJ/kg ；就依据公式可得：qv60 c WQ1 2 60 1000 5 .4 3. 187 370 25 24 m 3/ min 0 . 00781 m 3/ min（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；1. 151 m /s.h .c （5）冷却水在管内的流速 =4q /60 d2=40.00781600.0122（6）,查文献1可得f=0.68,就有:h4
33、.187f0.84. 1876.8. 10001 .151 .08kJ/m2.h.c1 . 94104kJ/m2d0.200120.2（7）运算冷却水通道的导热总面积A AWQ1 .945 .337024.5 m20 .00396m2h10450, 就 冷 却 水 路 的 根 数 为（8）运算模具所需冷却水管的总长度L LA0. 00396m0.105m105mml50mmd0. 012x 设 每 条 水 路 的 长 度 为（9）冷 却 水 路 的 根 数xL10521.根l5013 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - -
34、 - 由上述运算可以看出,两条冷却水道对于模具来说明显不肯定够,因此应依据详细情形加以修改；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经过上述一系列运算和绘图,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高校叶久新王群主编文献 2 塑料模具设计指导其次版伍先明张蓉杨军 周志冰编著设计体会本设计是对高校三年所学学问与才能的综合应用和检测,是每一个合格的高校生的必经工程, 也是一个重要的实践性教学环节；本次设计, 不仅培育了我们正确的设计思想； 同时也让我们把握了工程设计的一般程序和方法,以及锤炼了我们综合运用学问的才能；在本次设计过程中, 我们大量阅读了各种技术资料及手册, 不仅仔细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讨论； 因此,本次设计不仅加深了自己对专业所学学问的的懂得和熟悉,而且也拓宽了自己的学问面；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学问,进一步提高了我们绘图的才能；在本次毕业设计中,