塑料模课程设计I

塑料模课程设计I、II教学大纲一、课程的性质、目的和任务课程设计是培养学生运用课程所学的知识实际动手设计模具，从而加深对课程理论知识的理解，熟悉塑料成型工艺拟定及模具设计工作步骤，学习应用知识解决工程实际问题的能力。二、课程的基本要求课程设计的教学目标是，使学生受到完整的设计塑料模具的工作训练。课程设计的题目应来源于实际生产，并达到能够使本课程的知识得到较好的应用的质量，在课程设计中要同时注意培养学生的独立工作能力和严谨求实的工作作风。三、教学基本要求：课程设计I设计一副结构较简单的注塑模；课程设计II设计一副结构较复杂的注塑模。1. 对注塑件的结构、技术要求以及成型工艺进行分析；2. 根据所给题目设计注塑模具，绘制出模具的装配图、46个模具主要零件的零件图；3. 拟订34个模具零件的加工工艺卡；4. 拟定成型工艺卡一份；5. 写设计说明书一份，详细地陈述本人的设计思路，如何确定模具结构或机构的方案分析、各种设计计算过程等，要求条理清楚。四、时间安排：课程设计I时间为1周，安排在模具的基本知识讲授之后进行。课程设计II时间为2周，安排在模具的理论全部讲授完之后进行。成型零件工件尺寸计算案例 一、塑料制品 制品如图1所示，材料为ABS。以下计算相关模具凹模、型芯的直径和高（深）度、螺纹直径以及孔的中心距尺寸。 图1制品尺寸 二、计算 1、确定模塑收缩率 查模具设计手册得知，ABS的收缩率为0.40.8。 收缩率的平均值为： =0.6 2、确定制品尺寸公差等级，将尺寸按规定形式进行处理 查常用塑料模塑公差等级表，对于ABS塑件标注公差尺寸取 MT3，未注公差尺寸取MT5级，以满足模具制造和成型工艺控制，满足制品要求。 查得制品未注公差尺寸的允许偏差为双向偏差形式，按照尺寸形式的规定，作如下转换： 塑件外径 内部小孔 塑件高度 3、计算凹模、型芯工作尺寸 取模具制造公差 。 1）凹模尺寸 径向尺寸 = （不保留小数位） 高度尺寸 = （不保留小数位） 2）型芯尺寸 大型芯径向尺寸 = 45.5（保留一位小数） 大型芯高度尺寸 =18.2（保留一位小数） 小型芯径向尺寸 =8（不保留小数位） 小型芯高度尺寸 = 2.2两个小型芯固定孔的中心距 =30.20.035取制造公差为0.01，因0.010.035，满足要求，故最后确定两小型芯固定孔的中心距为 4、计算螺纹型芯和螺距工作尺寸 查普通金属螺纹基本尺寸标准（GB19781），得： =d中=7.188； =d大=8； =d小=6.647; =螺距p=1.25查普通金属螺纹公差标准（GB19781），得： b=0.2 =； 或查表4-5及表4-6: 得： =0.03 =0.02 =0.03 螺距公差=0.02螺纹型芯大径 = ()-0.03=8.25-0.03 螺纹型芯中径 d d =7.38-0.03 螺纹型芯小径 d = ()-0.03=6. 89-0.03 螺距 = =1.260.01 5、零件图成型尺寸、结构尺寸和表面粗糙度的标注 凹模尺寸标注 ： 小型芯尺寸标注 ： 大型芯尺寸标注 ： 模具分型距离的计算 下图所示为一副点浇口模具开模工作状态图。该模具含三个分型面： 毕业设计-实例1制件图二、塑件的工艺分析1.塑件的使用性能该塑件为风扇盖，主要用于容纳进线及挡灰尘，由于电动机在转动过程有震动故要求材料有较好的机械性能，如抗拉强度、抗应力开裂性、弹性模量都要求较好，其中22孔要求与轴相配合，且配合关系要求高。根据产品要求，该塑件为小批量生产。2.塑件的尺寸精度塑件有精度要求的尺寸是 22，3.4均为MT4塑件精度，因此在模具设计和制造中要严格的保证这两个尺寸的精度要求。其余的尺寸都无特殊的要求，按照自由尺寸或MT6级的精度查取公差等级。3.塑件表面质量该塑件表面质量要求表面光泽，其表面粗糙为1.6mm，无飞边毛刺缩孔流痕等工艺缺陷。4.塑件的结构工艺性 1)由图可知，该电风扇上盖结构为圆锥壳体，侧壁带台阶孔，侧壁壁厚为2，带孔部分较厚，塑件的属于中小件，PP材料能够满足充模流动要求。考虑制件壁厚不均，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)从模具总体结构上考虑，塑件为骨架主体需设置侧向分型机构。5.原材料的工艺性塑料品种PP热塑性塑结构特点料使用温度可以在100长期稳定使用性能特点抗拉强度、抗压强度、表面硬度和弹性模量均优异,几乎不吸水成型特点1分子结构含有叔原子，故抗氧化能力低，在塑化前应加入抗氧化剂。2.在超过280会发生降解，故成型时应避免熔料长时间滞留在料筒内。3体流动性好，易成型长流程塑件。4.熔点和熔点热焓量比LDPE高，在结晶和冷却过程中会放出较多的热量，故模具有较好的冷却系统。5.由于热收缩和结晶作用，在成型过程中比容积有较大的变化。6.熔料低温高压取向明显，故要控制成型温度。7.型收缩率大，低温呈脆性，要求壁厚均匀。成型设备的选择及校核 （一）注塑机的初选1. 计算塑件的体积根据制件的三维模型，利用三维软件直接求得塑件的体积为：V172540mm3;其中浇注系统凝料体积为：V2=1600mm3；故一次注射所需要的塑料总体积为：V74140mm3。2. 计算塑件的质量查手册1得密度为：r0.9g/cm3塑件的质量为：M1=V1r =65.2g浇注系统凝料质量为：M2=V2r =1.44g塑件和浇注系统凝料总质量为：M=V1+V2=66.64 g3. 选用注射机根据总体积V74.14cm3,初步选取螺杆式注塑成型机SZ630/3500。注塑成型机SZ100/630主要参数如下表1-2所示 表1-2理论注射量634cm3最小模具厚度250mm注射压力150MPa定位孔的直径180深20锁模力3500kN喷嘴球半径SR18mm拉杆内间距545mm480mm喷嘴口孔径 4mm最大模具厚度500mm移模行程490mm（二）、注塑机的终选（1）注射量的校核 公式：（0.8-0.85）W公W注W公注塑机的公称注塑量（cm3）；W注每模的塑料体积量，是所有型腔的塑料加上浇注系统塑料的总和（cm3）； 如前所述，塑件及浇注系统的总体积为74.14 mm3远小于注塑机的理论注射量634cm3，将数据代入公式得：59.31x103 cm3 634cm3 , 故满足要求。（2） 模具闭合高度的校核公式：HminH闭Hmax如装配图可知模具的闭合高度H闭477 mm，而注塑成型机的最大模具厚度Hmax=500mm, 最小模具厚度Hmin=250mm,满足HminH闭Hmax安装要求。（3）模具安装部分的校核模具的外形尺寸为450 mm450 mm，而注塑成型机拉杆内间距为545mm480mm，故能满足安装要求。模具定位圈的直径100注塑机定位孔的直径100，满足安装要求。浇口套的球面半径为SR1=SR+(1-2)=20满足要求。浇口套小端直径R1R+9(1-2)=4+2=6满足要求。（5）模具开模行程的校核 公式：H模 = H1+ H2+ aH注 H模模具的开模行程(mm )H注注塑成型机移模行程(mm )H1制件的推出距离（mm）H2包括流道凝料在内的制品的高度（mm）a侧抽芯在开模方向的距离（mm）代入数据得：H模115+177+31323mmH注490mm，满足要求。（6）锁模力的校核公式：FKAPm F注射机的额定压力(kN) ； A制件和流道在分型面上的投影面积之和(cm) Pm型腔的平均压力(Mpa) ； K安全系数，通常取K=1.11.2； 将数据代入公式得： KAPm=1.152511.304=324.87KN F=630KN324.87KN，满足要求。（7）注射压力的校核公式： Pmax KP0 Pmax注射机的额定注射压力(Mpa) ； P0注射成形时的所需调用的注射压力(Mpa) ； K安全系数 将数据代入公式得： KP0=1.390=117 MPa Pmax=150Mpa 满足要求。结论：选取螺杆式注塑成型机SZ630/3500完全符合本模具的使用要求。 一、结构分析 型腔数目的确定 制件为小批量生产，故采用一模一腔。 优点： 1) 保证产品的精度要求。 2) 冷却系统便于设置同时冷却效果很好。 3) 模具开模距离小。 分型面的确定 从模具结构及成形工艺的角度出发，采用三种方案 方案一：如图 1-2 所示 优点： A ）有一个分型面，开模距离小，模具可用两板式，其结构简单。 B ）从上端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。 缺点： A ）所需开模力大。 B) 冷却系统安置不便，与模具其它结构发生干涉，同时造成模具体积庞大，冷却效果不佳。 C) 制件采用推管推出，由于推管与小型芯磨损，配合间隙增大，从而发生飞边。 D) 开模时，制件包紧大型芯，由于包紧力较大，制件易变形。 由以上分析可知：方案一不可取 方案二：如图 1-3 所示 优点： A) 两个分型面，但由于侧抽芯距不大，开模距离不大。 B) 模具在 I-I 处分型完成侧抽芯动作，可使制件留置在动模；在 II-II 分型完成推出制件动作。 C) 制件采用推件板推出，推出动作稳定可靠，制件受力均匀不变形。 D) 将分流道和浇口放在型芯上，有利模具的制造。 E) 模具冷却系统的安置更合理且冷却效果大大提高。 缺点： A) 主流道的流程变长。 B) 分流道和浇口安置复杂。 解决方案： A) 采用延伸式喷嘴使主流道的流程变短。 B) 将浇口套和小型芯做成一体，将分流道和浇口做在浇口道上，有利于制件直径为 22 孔径端面高度尺寸的保证又有利于模具的制造。 方案三：如图 1-4 所示 该方案是在方案二的基础采用点浇口进料，推出方式和冷却方式同方案二。 优点： A) 有利于保证直径 22 孔高度尺寸精度。 B) 有利于塑料熔体充模，减少熔接痕。 缺点：模具结构复杂，成本大大提高。 结论：通过以上分析可知，从保证产品的质量和降低模具成本的角度 考虑优选方案二。 型腔和型芯的结构和固定方式 型腔采用镶块式结构 优点： A) 利于模具温度控制，冷却充分。 B) 零件更换方便。 C) 缩短模具制造周期。 型腔和型芯固定方式：采用台肩固定 优点： A) 加工方便。 B) 减少安装过程中出现的偏差。 浇注系统的确定 模具采用方案二，直径为 22 的孔内部端面用四个侧浇口进料，且分流道和侧浇口做在小型芯上。 优点：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。侧浇口采用矩形侧浇口，有利控制熔体的充模。分流道采用梯形截面形式，流动阻力小。 脱模方式的确定 根据分型面的选择及制件外形特点，采用推件板推出制件。其优点： 制件受力均匀在推出时不产生变形。 制件表面质量不受影响。 无须设置复位杆使模具结构紧凑。 冷却系统的结构设计 PP 熔点和熔点热焓量比 LDPE 高，在结晶和冷却过程中会放出较多的热量，故模具应设置冷却系统。冷却采用螺旋水道方式，冷却均匀，这样使模具有恒定的模温，能有效地减少塑件成型时收缩的波动，保证塑件的尺寸精度。防止制件翘曲变形。 排气方式的确定 通过分型面和小型芯处的间隙来排气。 标准模架的选择 根据成型零件及结构零件的布局定选标准标准模架为 GB/T12556.112556.1-1990 中 355 L(1) 。 二.装配图 模具相关的计算1. 成型零件的尺寸的计算平均收缩率为0.2。根据塑件尺寸公差要求，模具的制造公差取Z=/4。成型零件尺寸计算如下表1-3： 表1-3 已知条件：平均收缩率Scp=0.002; 模具的制造公差取Z=/4类别零件名称塑件尺寸计算公式型腔或型芯工作尺寸型腔计算大型腔12100.92Lm=(Ls+Ls*Scp-)+ Z 0123.3200.231150+0.82115.0600.2038600.7287.540+0.18680-0.6469.21+0.1601190-0.72121.180 +0.205220-0.3222.3600+0.36940-0.7294.010+0.1820-0.1620+0.043900.04239.170+0.0105小型腔R50-0.18Lm=(Ls+Ls*Scp-) + Z 0 R5.070+0.045120-0.4811.160-0.061.50-0.361.49+0.040型芯计算小型芯22+0.540Lm=(Ls+Ls*Scp+) 0 -Z22.360-0.04侧型芯3.4+0.160Lm=(Ls+Ls*Scp+)0-Z3.430-0.046.7+0.206.960-0.05大型芯81+0.54082.450-0.1466+0.54067.15-0.1807.0+0.2006.960-0.0512.0+0.24011.160-0.0828.0+0.32029. 190-0.0033113+0.820113.020-0.2052. 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等于冷却水所带走的热量，故有 公式： qvWQ1/rc1（q1-q2） qv冷却水的体积流量（m/Min）；W单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料重量（Kg/Min）；Q1单位的重量的塑料制品在凝固时所放出的热量（KJ/kg）；r冷却水密度；c1冷却水的比热容；q1冷却水出口温度；q2冷却水入口温度； 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3 s.，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， 一个小时成型次数n3600/4090WMn66.64905997g/h=6Kg/h 查手册1得PP单位重量放出的热量Q15.910KJ/h 故Q=WQ165.910KJ/h3.5410KJ/h 2).水的体积流量 由公式qvWQ1/rc1（q1-q2）(3540/60)/（104.187(28-20)）m/Min1.810-m/Min3).求冷却水道直径d根据水的体积流量查手册1得d=8mm3.浇注系统尺寸的计算1)分流道截面尺寸的计算对于壁厚小于3mm、重量小于200g以下塑料制件品，可采用如下的经验公式来计算分流道的直径： D=0.2654G1/2*L1/4式中 D分流道的直径(mm) ； G制品质量(g)； L分流道的长度(mm)； 将数据代入公式得： D=0.2654G1/2*L1/40.2564(66.64)1/2*(4.75)1/4=3.18mm 2)侧浇口深度（h）和宽度（w）的经验公式如下： h=nt WnA1/2/30n塑料材料系数，查得PP的系数为0.7；t制品的壁厚（mm）；A型腔外表面积(mm) ； 将数据代入公式得： h=1.4mm W=4.42mm L取经验值0.54mm由公式g=6q/(Wh)104s-1进行校核是否合理q熔体的充模速度(cm/s) 制件的体积为V1=72.54cm，由前述知充模时间为2s，故q=36.27 cm/s 于是 g=6q/(Wh)=636.27/0.30.14=3.7104 s-1104s-1 符合要求4.凹模壁厚和垫板厚度、刚度与强度计算与校核 R凹模外半径(mm)；r凹模内半径(mm)； E模具钢材的弹性模量(Mpa)； P模具型腔内最大的压力(Mpa)； u模具钢材的泊松比u=0.25；p模具强度计算的许用变形量(mm)； sp 模具强度计算许用应力(Mpa)；由组合式，低粘度和4级精度的条件，查长手册1得： p25i1=25(0.35r1/5+0.001r)25(0.35(81.63) 1/5+0.00181.63)23mm0.023mmr=52mm E2.2105Mpa P=40Mpa usp 0.25sp 300Mpa1).凹模侧壁刚度条件计算 公式： R=r(p E/rP)+1-u)/( (p E/rP)+1-u) ) 1/2 将数据代入公式得: R=52(0.0232.2105+0.755240/0.0232.2105-1.255240)=85mm2). 凹模侧壁强度条件计算 公式： R=r(sp/ sp-2P)1/2 -1 (sp2P) sp=133Mpa P=25Mpa将数据代入公式得： R64.4mm 综合1)、2)得：R85mm3).凹模垫板的刚度计算 公式： t=0.91r(Pr/Ep) 将数据代入公式得： t34mm4).凹模垫板的强度计算 公式： t=1.1r(P/sp) 将数据代入公式得： t= 21mm 综合3)、4)得： t=34mm 5、推件板厚度的计算 刚度计算 h=(C2QeR/EBp)1/3 强度计算 h=K2 (Qe/sp)1/2式中 h=推件板的厚度(mm)；C2 随R/r值变化系数；R推杆作用在推件板上的几何半径(mm)；r推件板圆形内孔(mm)；K2随R/r值变化系数；Qe脱模阻力(N) ；E推杆材料的弹性模量(Mpa) ；sp推件板材料的许用应力(Mpa)；p推件板中心允许的变形的量，通常取制件尺寸公差的1/5-1/10 (mm)；查手册1得： C2=0.0249 K2=0.428 R=174.14mm r=120.44mm E=20910MPa Qe=6.28310N sp=300MPa p=0.92/5=0.15按强度计算代入数据得：h=3.2mm按刚度计算代入数据得：h=4.5mm 取h=4.5mm6.脱模机构相关计算 1).脱模力、斜销直径、推杆直径的计算A)侧型芯脱模力计算公式： Qc1=10fcaE(Tf-Tj)th式中 Qc1制件对型芯包紧脱模阻力(N)； fc脱模系数 a塑料的线胀系数(1/) E在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量(Mpa) Tf软化温度() Tj脱模顶出时的制品温度() t制件的厚度(mm) h型芯脱模方向的高度(mm) 查阅手册1得： fc =0.45, a=7.810-5-1, E=1.210Mp, Tf=110,Tj=60, t=2mm, h=17. 将数据代入公式得： Qc1=716N查手册1得：斜销直径d20 mm B)主型芯脱模力计算：d/t=5820 属于厚壁 公式为：Qc2=1.25KfcaE(Tf-Tj)Ac (dk+2t)+dk +m (dk+2t)-dk 式中 Qc2制件对型芯包紧脱模阻力(N)； Ac制件包紧型芯的有效面积(mm)； dk制件直径(mm) ； K脱模斜度系数；其中 K=(fcCosb-Sinb)/ fc(1+ fc Cosb Sinb)；m在脱模温度下的泊松比； 将数据代入得：Qc2=5567N 总脱模阻力为：Qe= Qc1+ Qc2=6283N=6.28310N推杆直径计算直径确定公式： d=K(lQe/nE)1/4 直径校核公式：sc=4 Qe/ndss 式中 d推杆的直径(mm) ； K安全系数； l推杆长度(mm) ； Qe脱模阻力(N) ； E推杆材料的弹性模量(Mpa) ； n推杆的数目； sc推杆所受的压应力(Mpa) ； ss推杆材料的屈服点(Mpa) ； 查手册1得： K=1.6 l=215.6 Qe=6.28310N E=20910MPass=353MPa 将数据代入公式得： d=8mm 用公式sc=4 Qe/nd校核得：sc=31.25MPss=353MP，故d=8mm符合要求。2）推杆长度计算公式L工 =S+推杆行程+3mm215.5 mm3）侧抽芯距计算完成抽拔距为s所需的最小开模行程H由以下公式和得：H=SCtga a斜销的斜角()；在此取20 由制件图可知S=11mm 故H=11Ctg20=31mm塑件模具成型工艺参数的确定1、PP注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格料筒温度()后段：160-220中段：180-200前段：160-180成型时间(t)注射时间：2保压时间：15冷却时间：20喷嘴温度()220-310螺杆转速(r/min)40模具温度()20-60注射压力(MPa)70-1002、填写模具成型工艺卡成都电子高真专电风扇成型工艺卡片资料编号车间共 页第 页零件名称电风扇材料牌号PP设备型号SZ630/3500装配图号0002材料定额g69 每模件数1零件图号0002-1单件质量g66.64工装号零件图(比例：1：4)材 料干 燥设备真空干燥机温度()80时