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1、专业课程综合设计 专业课程综合设计 题 目： 灭火器壳塑料模具课程设计 姓 名： 专 业： 材料成型及其控制工程 学 号： 指导教师： 二一五年一月目录1 塑件的使用性能12 塑料成型特性13 塑件的结构工艺性24 成型设备的选择及校核24.1 注塑机参数的初选24.1.1 计算塑件的体积24.1.2 计算塑件的质量24.2 选用注射机34.3 注塑机的终选34.3.1 注射量的校核34.3.2 模具闭合高度的校核44.3.3 模具安装部分的校核44.3.4 模具开模行程的校核44.3.5 锁模力的校核54.3.6 注射压力的校核65 设计计算65.1 成型零件的尺寸计算65.2 冷却系统水管
2、孔径的计算85.2.1 求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q95.2.2水的体积流量95.2.3 求冷却水道直径d95.3 浇注系统尺寸的计算95.3.1 主流道设计95.3.2分流道截面尺寸的计算105.4 凹模壁厚和底部厚度计算105.4.1凹模侧壁厚度的计算115.4.2 底部厚度计算115.5 脱模机构相关计算115.5.1 脱模力、推杆直径的计算115.5.2推杆长度计算136 模具结构分析与设计136.1 型腔数目的确定136.2 分型面的确定146.3 型腔和型芯的结构和固定方式156.4 浇注系统的确定156.5 脱模方式的确定166.6 冷却系统的结构设计176.7 排气方式
3、的确定196.8 模具结构设计197 成型工艺参数的确定218 设计小结23参考文献241 塑件的使用性能 该塑件为灭火器壳，主要在灭火过程中温度较低，故要求材料有机械性质强韧，低温冲击强度高，还具有抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀，故必须使用相应的材料。 该塑件是大型批量生产，因此在模具设计中要提高塑件的生产效率，倾向于多腔、高寿命，自动脱模模具，以便降低生产成本。2 塑料成型特性 PP1340又称嵌段共聚聚丙烯，为淡乳白色透明粒无毒，密度为0.900.91g/cm，是通用树脂中最轻的一种，具有良好的耐热性，是通用树脂中唯一能在水中煮沸并在130下消毒的品种，具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响
4、,，化学稳定性和耐应力开裂性，但在氧、热、光的条件下易降解，老化，低温时变脆,不耐磨易老化，所以需要加入防老化剂，由于其具有良好的物理性化学性，常用于生产洗衣机的内筒和配件，还广泛用于汽车及日用注塑品，小型家电外壳和建筑材料等方面。嵌段共聚聚丙烯的成型特性：（1) 成型性好易成型，可用注射、挤出及吹塑等成型。（2) 抗拉强度，抗压强度，表面和弹性模量均优异，几乎不吸水。（3) 冷却速度慢，必须充分冷却，模具设计时应有冷却系统。（4) 成型收缩率大而且波动范围大，方向性明显，故要控制成型温度（5) 结晶度及模具冷却条件对收缩率影响较大，且低温呈脆性，故要求壁厚均匀。（6) 由于热收缩和结晶作用，
5、在成型中体积有较大变化。（7) 吸湿性小，成型前不可干燥。（8) 塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中3 塑件的结构工艺性（1）该灭火器为圆柱壳体，塑件的尺寸属于中小型件，PP材料能够满足其流动性要求。考虑制件壁厚不均匀为防止变形，应强化冷却，模具温度取下限值，延长冷却时间 （2） 塑件表面质量该塑件要求表面光泽，其表面粗糙度R为1.6 um,毛刺，缩孔，流痕等工艺缺陷。（3）从模具总体结构上考虑，塑件为骨架主题，无需设置侧向分型机构。 综合来看，该塑件结构简单，无特殊精度要求，在注射成型生产时只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。4 成型设备的选择及校核 4.1 注塑机参数的
6、初选4.1.1 计算塑件的体积 由于此为大批量生产，塑件又无特殊要求，故采用一模两腔。根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件体积为= 118.63cm；其中浇注系统凝料体积为v*=71.18cm；故一次注射所需要的塑料总体积为V总=118.63*2+71.18=308.44cm。 4.1.2 计算塑件的质量查相关手册的PP密度为：=0.9g/cm，则塑件的质量为： M1=V*p =118.63*0.9=106.77g浇注系统凝料质量为： M2=V*p=71.18*0.9=64.06g塑件和浇注系统总质量： M=2M1+M2=277.6g4.2 选用注射机 根据总体积V=308.44cm，
7、初步选LS200M-030MI注塑机。主要技术参数项目参数数值主要技术参数相参数数值额定注射量/cm446模板最大行程/mm480锁模力/KN2000定位孔直径/mm4注射压力/M pa191喷嘴前端最大半径/mm10动定模板最大安装尺寸/mm770*320mm定位圈直径/mm 110最大模具厚度/mm500mm最小模具厚度/mm310 LS200M-030MI注塑机主要参数如下表1-1所示。 表1-14.3 注塑机的终选 4.3.1 注射量的校核注射量的校核公式是 （0.80.85）W公 W注式中W公-注射的公称注射量，cm；W注-每模的塑料体积量，是所有型腔的塑料加上浇注系统的总和，cm；
8、如前所述，塑件及浇注系统的总体积为189.81cm，小于注射机的理论注射量446cm，故满足要求。 4.3.2 模具闭合高度的校核 模具闭合高度的校核的公式为 H min H闭 H max由装配图可知模具的闭合高度H闭=340mm，而注塑成型机的最大模具厚度H max=500mm，最小模具厚度H min=310mm，故满足 H min H闭 331.24 KN ,满足要求。4.3.6 注射压力的校核 注射压力的校核公式为 P max K *Po 式中 P max 注射机的额定注射压力，M Pa; Po 注射成型时的所需用的注射压力，M Pa； K* 安全系数。将数据代入公式得： K*Po=1.
9、3*90=117MPa191MPa满足要求。 结论：选取LS200M-030MI注塑机完全符合本模具的使用要求。5 设计计算 该塑件的材料是一种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。查的PP1340的收缩率为，0.4%0.8%，故平均收缩率为S=(0.4%+0.8%)/2=0.6%5.1 成型零件的尺寸计算类别制件原尺寸制件转换计算公式凹模或型芯的工作尺寸凹模的计算径向尺寸340.534.5-10LM=Ls+LsS-3/4+z035.96+0.201140.5114.5.5-10116.36+0.20高度尺寸1001101-20HM=H s+H s S-2/3+z0101.1
10、9+0.20型芯的计算径向尺寸120.512.5+10L M=ls+ls S+3/4-z013.47-0.401020.5102.5+10103.09-0.40高度尺寸760.275.8+0.40H M=h s+h s S+2/3-z076.23-0.08030.22.8+0.403.303-0.08087177.8+2087.513-0.40 表 1-2 平均收缩率为0.6%。根据塑件尺寸公差要求，模具的制造公差 z=4。成型零件尺寸计算如上表1-2型腔、型芯主要工作尺寸计算 型芯与型腔尺寸如图2-2 图2-2 5.2 冷却系统水管孔径的计算 根据热平衡计算，在单位时间内熔体凝固时放出等热量
11、等于冷却水所带走的热量，故有公式： q v=WQ1/*c1(t1-t2)式中 q v冷却水的体积流量，cm/min； W 单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料质量，/min; Q1单位质量的塑料制品在凝固时所放出的热量，k j/; 冷却水密度； C1冷却水的比热容； t1冷却水的出口温度； t2冷却水的入口温度。5.2.1 求塑料制品在固化时每小时释放的热量Q设注射时间为2s，冷却时间为20s，保压时间为15s，开模取件时间为3s，得注射成型周期为40s。设用20的水作为冷却介质，其出口温度为28 ，水呈湍流状态，1h成型次数n=3600/40=90次，则 W=Mn=277.6g*90=24.
12、99(kg/h)查相关手册得PP单位质量放出的热量Q1=590 k J/h ,故 Q=WQ1=24.99*590=14744.1k J/h5.2.2水的体积流量由述公式得 q v=WQ1/*c1(t1-t2)=（15.37*590）/(1000*4187*8)=4.4(m/min)5.2.3 求冷却水道直径d 根据水的体积流量查相关手册得：d=8mm5.3 浇注系统尺寸的计算 5.3.1 主流道设计 根据相关资料，查的LS200M-030MI 型塑料注塑机喷嘴有关尺寸为： 喷嘴孔直径d0=4mm; 喷嘴前端球面半径R=10mm.根据模具主流道与喷嘴的关系得到：主流道进口端球面半径 SR1=SR
13、+(12)mm=10mmR1 =SR+(12)mm=12mm 主流道进口端直径 D=d0+0.5=4+0.5=4.5mm为了方便拉料杆把凝料从主流道中拉出，将主流道设计成圆柱形，其斜度取4，主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套，浇口套的形状设计采用推荐尺寸常用的浇口套。5.3.2分流道截面尺寸的计算 对于壁厚小于6mm、质量在200g以下的塑料制件品，可采用如下的经验公式来计算分流道的直径： D=0.2654ML式中 D分流道的直径，mm； L分流道的长度，mm。 将数据代入公式得： D=0.2654ML=0.2564*277.6*51=8.23mm5.4 凹模壁厚和底部厚度计算 以下个符号的含义
14、： R凹模外半径，mm； r凹模内半径，mm； E模具钢材的弹性模量，M Pa； P模具型腔内最大的压力，M Pa； 模具钢材的泊松比，=0.25； p模具强度计算的许用变形量，mm； p模具强度计算许用应力，M Pa。查手册，得： R =52mm E =220000MPa P =40MPa p =300MPa p = 0.023mm5.4.1凹模侧壁厚度的计算按刚度条件计算，公式为 R =r pr p +1 pr p 1将数据代入公式得： R=80mm按强度条件计算，公式为 R=r p p 2P ( p 2P) p =121MPa P=23MPa将数据代入公式得：R=62.3mm综合得：R=
15、80mm5.4.2 底部厚度计算按刚度条件计算，公式为 t=（3Pr4 p)将数据代入公式得：t=8mm按强度条件计算，公式为 t=（0.1758P*E p ）13将数据代入公式得：t=12.36mm综合得：t=12.5mm 5.5 脱模机构相关计算5.5.1 脱模力、推杆直径的计算 型芯脱模力计算。10225120，属于厚壁塑件，则主型芯脱模力计算公式为 Q c2=1.25K f c*a E(T fT j)Ac=(d k+2t)+dk+(d k+2t)dk 式中 Q c2制件对型芯包紧脱模阻力，N； A c制件包紧型芯的有效面积，mm； d k制件直径，mm； K脱模斜度系数，其中，K=（f
16、 c cos sin )f c(1+f c cos sin )； 在脱模温度下的泊松比。将数据代入得总脱模阻力为： Q c=13KN 推杆直径计算 直径确定公式： d=K（lQ eE)直径校核公式： c=4Q e(n d) s式中 d推杆的直径，mm； K安全系数； l推杆长度，mm； Q e脱模阻力，N； E推杆材料的弹性模量，M Pa； n推杆的数目； c推杆所受的压应力，M Pa； s推杆材料的屈服点，M Pa。查相关手册得：1.6，215.6mmQ e=6283N E=2090MPa s=353MPa 将数据代入公式得：d=6mm用公式 c=4Q e（n d)校核的： c = 111.
17、2MP s=353MP故d= 6mm 符合要求。5.5.2推杆长度计算 L =S+推杆行程+3=188.5mm6 模具结构分析与设计6.1 型腔数目的确定 注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目确定时主要考虑一下几个有关因素：塑件的尺寸精度；模具的制造成本；注塑成型的生产效益；模具的制造难度。由于塑件制件特点及生产实际没有特殊要求，故采用一模两腔模具结构。由实践经验型腔布局设为平行式，如图2-3 图2-36.2 分型面的确定 从模具结构及成型工艺的角度出发，有以下三种方案可供选择。选择分型面时应注意一下几个原则：分型面应该在塑件外形最大轮廓处 分型面的选择应有利于塑件的
18、顺利脱模分型面的选择应保持塑件的精度要求分型面的选择应满足塑件的外观面的要求分型面的选择应要便于模具的加工制造分型面的选择应有利于排气 该塑件为灭火器壳，外形表面质量要求一般，在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清楚毛刺和飞边，有力于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择塑件外轮廓最大处，如图2-4所示 图2-4选择最大面处为分型面的优点为：有一个分型面，开模距离小，模具可用两板式，其结构简单。从分型面处采用侧浇口进料不影响制件表面质量，且流程短、压力损失小。6.3 型腔和型芯的结构和固定方式 型腔采用镶块式结构，其优点为
19、： 利用模具温度控制，冷却充分。 零件更换方式。 缩短模具制造周期。型腔和型腔固定方式：采用台肩固定。其优点为：加工方便。减少安装过程中出现的偏差。使用中不容易松动，减少维修次数。6.4 浇注系统的确定模具分型面在塑件最大投影面处，分流道在主流道两旁，塑件从两端浇注。这样设计，一方面有利于模具的制造，另一方面保证端面尺寸的精度。如将分流道和侧浇口做在大型芯上，由于浇注凝料的存在，使其端面凸凹不平，不能保证尺寸精度。侧浇口采用扇形侧浇口，有利于熔体的充模。分流道采用圆形截面形式，流动阻力小。 浇注系统如图2-5 图2-56.5 脱模方式的确定 根据分型面选择及制件外形特点，采用推杆推料方式。其优
20、点为：每个制件有四根推杆，制件受力面积大，受力均匀，在推出时不产生变形。制件表面质量不受影响。设置复位杆，使模具结构紧凑。模具使用推杆，结构简单，装配方便。如图2-6 图2-66.6 冷却系统的结构设计 在成型过程中，由于制件形状复杂，充模顺序不同等因素使得注塑模具型腔内的塑料在固化时，不同位置的温度是不一样的，因此由于热交换产生应力，这种应力会直接影响到塑件的尺寸精度及外观，那么如何控制模具的温度，使型芯和型腔保持在与被成型制品质量相适应的规定温度范围内，最大限度的消除或减小这种应力，改善制件的物理性能，得到高质量的制品，是模具冷却系统的一个重要环节。模具冷却系统包括：冷却水道，模具温度控制
21、器等，它们的工作的目的不仅仅是使模具得到冷却，而且是在成型过程中，由于熔融塑料带给模具的不断散发掉，使模具保持一定的恒温，以便控制流入模具型腔塑料的冷却速度，既不能冷却的快也不能冷却的太慢，因此设计冷却系统是非常重要的。 在设计冷却系统时，应从以下原则考虑，在保证模具材料有足够机械强度的前提下，冷却水道尽可能设置在靠近型芯、型腔便面。在保证机械强度的前提下，冷却水道安排的尽量紧密。各个水道直径尽量相同避免由于因水道直径不同而造成的冷却流速不均。对于中大型模具，由于冷却水道很长，会造成很大的温度梯度变化，冷却水道末端，(出水口）温度上升很高，从而影响冷却效果。一般对中大型模具，可将冷却水道分成几
22、个独立的回路，来增大冷却液的流量，减少压力损失，增加传到效率。冷却水道的位置的位置取决于制品的形状，和不同的壁厚，原则上冷却水道应设置在塑料模具传到困难的地方，根据冷却系统的设计原则，尽量挨着模具，这样冷却效果更好。该塑件为大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产效率，加上PP塑料为结晶型塑料，成型时需要充分冷却，均匀冷却。以此，模具的冷却方式为在型腔中插入冷却管道方式。本结构中还设置了O型环，喉塞等，确定冷却水道孔的直径时应注意，无论多大的模具水孔的直径不能大于14mm，否则冷却水难以形成湍流状态，以降低热交换效率，一般水孔的直径可根据塑件的平均厚度来确定。与壁厚可知，水孔直径应选8mm。冷
23、却系统如图2-7与2-8所示 冷却流道的实物图2-7 示意图2-8 6.7 排气方式的确定通过分型面和小型芯处的间隙排气。6.8 模具结构设计 灭火器壳注射成型模具的主视图、俯视图和明细表如图2-9 图2-9该模具采用顺序分型脱模机构抽芯机构，完成制品的抽芯与脱模。型腔采用平行排列水道的冷却方式，冷却效果好。 开模时在注塑机液压装置作用下，在如图分型面分型，在液压装置牵引下型芯向移动，由于制品包紧力的作用，制品抱在型芯镶块10上，留在动模一边。完成开模后，注射机的推杆驱动模具的推出机构将制品推出，完成注射成型的一个周期。工艺参数规格 工艺参数规格料筒温度/后端中段前段1602201802001
24、60180成型时间/t注射时间保压时间冷却时间21520喷嘴温度/220310螺杆转速r/min40模具温度/2060注射压力/MPa701007 成型工艺参数的确定郑州科技学院 灭火器盖成型工艺卡片 资料编号 车 间 机械工程 共 页 第 页 零件名称 灭火器盖材料牌号 PP 设备型号SZ630/3500 装配图号 0001材料定额/g 108 每模件数2 零件图号 0001-3单间质量/g 106.77 工装号 零件比例1:1 材料干燥 设 备真空干燥机 温 度/ 80 时 间/h 2 料筒温度/ 后 端 160220 中 断 180200 前 段 160180 喷 嘴 220310 模具
25、温度/ 2060 成型时间/s 注 射 2 保 压 15 冷 却 20 压力/MPa 注射压力 70100 背 压 1015 后处理 温 度/ 30 时间额定/s 辅 助 10 时 间/h 1 单 件 处 理塑件采用退火处理，消除塑件内部应力，使塑件力学性能更稳定，更加耐用 编 制 校 对 审 核 表1-3PP注射成型工艺参数选择与模塑成型工艺卡如表1-3 8 设计小结 经过近三个星期的努力，终于将灭火器壳模具的设计完成了。通过这次设计我学到了很多东西，学到了模具设计方面的基本知识，了解了模具的内部结构与构造，了解了塑件成型方面的基本环节与注意事项，这是对自己本学期所学专业课程一个很好的总结，更是对以后从事此行业一个很好的开端。此次课程设计很多东西都是第一次接触，模具设计涉及很多方面的内容，很多都是查表自学得来的，这我深刻的认识到平时的知识积累是非常重要的，并且解决一个问题需要多方面的知识，我们需要不断拓宽学习的范围，要有一定的自学能力，在此过程我受益匪浅，我相信我也会在我以后的工作中越走越稳，越走越好！ 参考文献1庞祖高. 塑料模具系统过程及分析,北京：化工工业出版社，2011. 2杨永顺. 塑料成型工艺及模具设计，北京：机械工业出版社， 2008.3邢玉清. 简明塑料大全，大连：机械工业出版社， 2002.4杨占尧. 塑料模具课程设计，北京 ：机械工业出版社， 2009.24