注塑模具课程设计.doc

课 程 设 计 课程名称_ 模具设计课程设计 题目名称_ 喷咀注射模设计_ _学生学院_材 料 与 能 源 学 院_专业班级_ -_学 号 - 学生姓名_- _ 指导教师_ _- _ _ 2013 年 6 月 10 日目 录1 塑件的工艺分析-5二、初选注射成型机的型号和规格-9三、确定模具基本结构和模具结构设计-10四、注射模浇注系统设计-13五、确定顶出机构类型及固定方式-17六、导向机构-18七、 确定排气机构-19八、校核计算-19九、成型零件结构设计及尺寸计算-20十、模具综合要求-23十一、总结-28十二、参考资料-28一、课程设计的目的1.应用本课程及有关先修课程的基础知识和专业知识，了解塑料模具设计方法和步骤，培养学生的初步设计能力，为毕业设计打基础。2.独立地解决在制定成型工艺和设计模具中的问题，会查阅技术文献和资料，全面考虑设计内容及过程，培养学生分析问题和解决问题的能力。 二、课程设计的要求在课程设计中要求学生注意培养认真负责、踏实细致的工作作风和保质保量、按时完成任务的习惯。在设计中必须做到：1. 及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性；2.要求计算正确，结构合理，图面整洁，图样及标注符合国家标准；3.设计计算说明书要求文字通顺，书写整洁4.按计划循序进行，其进度可参考下表：序号设计各阶段内容地点起止日期1布置塑料模具课程设计任务；了解设计目的、任务要求、进度安排；准备设计资料、工具；分析成型制品工艺性：工艺计算，选择成型设备，拟定设计方案。教一20106.082设计塑料模具结构：包括浇注系统、分型面选择、顶出结构设计、冷却系统设计，绘制模具装配草图。教一20106.093绘制模具转配图（正式图）教一20106.13-06.164绘制模具零件图，包括模具型腔等成型零件（由指导老师指定）和模具其他零件图。教一20906.175绘制模具其他零件图，撰写模具课程设计说明书教一20906.186课程设计答辩，答辩后修改教一20906.19三、课程设计应完成的工作1.工艺分析:了解教师指定设计塑件的有关资料和数据。即尺寸和尺寸公差、形位公差、表面粗糙度；塑件的生产批量；塑料品种；设备条件等。分析塑件的形状特征、使用要求、成型性能等。2.确定成型方案，通过计算选择成型设备，并确定模具结构方案。3.绘制模具总装配图及部分主要零件图。4.编写设计计算说明书，说明书页数不少于15页，用本校设计说明书专用纸书写，并装订成册。设计内容计算及说明结果一、塑件的工艺性分析二、初选注射成型机的型号和规格三、确定模具基本结构和模具结构设计四、注射模浇注系统设计主流道的设计分流道设计浇口设计浇口设计五、确定顶出机构类型及固定方式 六、导向机构 七、确定排气机构八、校核计算九、成型零件结构设计及尺寸计算十、模具综合要求十一、总结十二、参考资料塑件的工艺分析塑料零件图及说明、要求：图1 塑料零件图材料为LDPE。 技术要求：未注圆角R=1未注表面粗糙度：Rz1.60未注厚壁：1.5mm塑件的分析结构分析塑件结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹，变形缺陷；材料要求为LDPE，生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。(1) 要想获得合格的塑料制件除选用塑料的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性，塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，该制件外观为一有阶梯形状的喷咀,长度较大，而且外观表面粗糙度要求较高，分型面应选择在不影响塑件外观的位置，保证塑件的工艺要求。塑件结构复杂程度一般，因而设计的模具属简单程度。(2) 外形尺寸 该塑件壁厚为1.5mm，塑形外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件的材料为热塑性塑料，流动性好，适合于注射成型。(3) 精度等级 塑件每个尺寸的公差不一样，零件图已经给定部分尺寸公差，未注公差的尺寸取公差为SJ1372-8。 （4）零件壁厚比较均匀，为1.5 mm，注射成型时应不会发生填充不足现象。 该塑料制件厚度只有1.5mm，支撑面小，不需侧抽心，但长度高，两个面的连接距离很小，为3mm，设置推杆时推杆长度达到80mm以上而且直径选择范围只有1.6mm，推杆容易受力弯曲，塑件有可能被捅破，综上考虑，应该用推件板退出机构。（5）考虑塑件的尺寸不是很大，为了提高生产率，采用一模两腔；为了使接座的底面平整，采用侧浇口的浇注系统。 材料性能 LDPE，低密度聚乙烯，塑料中产量最大的一种塑料，特点是质软、无毒、价廉、加工方便。是一种典型的结晶型高聚物密度是0.910.93g/ cm3，吸水率0.01,收缩率是1.5%3.6%，熔点105C125C，抗拉屈服强度时719MPa，耐腐蚀性、电绝缘性优良，可以氧化改性，材料成型特性及条件 LDPE是一种结晶料，吸湿性小，流动性极好，流动性对压力敏感，成形时宜用高压注射，料湿均匀，填充速度快，保压充分。不宜用直接浇口，内应力增大，注意选择浇口位置，防止产生缩孔和变形。收缩范围和收缩值大，方向性明显，易变形翘曲，冷却速度宜慢，模具设冷料穴，并且有冷却系统。加热时间不宜过长，否则会发生分解，烧伤。软质塑件有较浅的凹槽时，可强行脱模。可能发生熔体破裂，不宜与有机溶剂接触，防止开裂。注射成型工艺参数（塑料模具设计资料，第33页）预热和干燥温度：7080C料筒温度前段170209C，后端140160C喷嘴温度150170C模具温度3555C注射压力60100MPa成型时间高压时间05S保压时间1560S冷却时间1560S成型周期40100S说明料斗干燥二、初选注射成型机的型号和规格零件体积及质量估算单个塑件 体积V= 7.4cm3（利用solidworks软件分析所得），质量m0.927.46.808g 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确定准确的数值，但是可以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但较深，因此浇注系统的凝料按塑件体积的1倍来估算，故一次注入模具型腔熔体的体积为： 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的总体积为，由参考文献 。根据以上的计算，从实际注射量应在额定注射量的20%80%之间考虑，初步选择公称注射量为125，注射机型号为XSZ125卧式注射机，其主要技术参数见表2 XS-ZY-125注射机参数如下：注射容量125cm3锁模力：900kN注射压力119Mpa柱杆直径：42mm喷嘴球半径12mm喷嘴孔直径4mm模板行程300mm模具最大厚度300mm模具最小厚度200mm柱塞直径42mm顶出行程230 mm三、确定模具基本结构和模具结构设计模具型腔排列方式的确定根据材料的尺寸形状及成型性能要求，本模具采用一模两腔，呈对称分布，如下图。各部分尺寸已标在图中。图2 塑件排样图模具分型面的选择模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。分型面的选择不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构与制造成本.在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。分型面的选择原则1）、分型面应选择在制品的最大截面处,无论塑件以何方位布置型腔,都应将此作为首要原则；2）、有利于保证制品的外观质量,分型面上型腔壁面稍有间隙,熔体就会在塑件上产生飞边；3）、尽可能使制品留在动模一侧,因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行；4）、有利于保证制品的尺寸精度；5）、尽可能满足制品的使用要求；6）、尽量减少制品在合模方向上的投影面积,以减小所需锁模力；7）、长型芯应置于开模方向,当塑件在相互垂直方向都需设置型心时,将较短的型心设置在4侧抽芯方向,有利于减小抽拔距离；8）、有利于排气；9）、有利于简化模具结构,应尽量避免侧向分型或抽芯；10）、在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。经分析，该塑件圆周方向上无侧凹，成型时不必采用侧向外抽芯。由于该塑料制件厚度总体有62mm，采取用推件板推出的脱模方式，分型面设计如下图： 图3 塑件分型面设计图设计分析：型腔由凹槽组成，主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上。开模时定动模分开，冷却料在拉料杆作用下，先把冷料跟定模分开，定动模分开一定距离后，塑件通过推件板推出。 模架的选择和A、B板厚度的确定标准模架的选择通过相关计算，根据塑料模具设计手册P134-156，可选择160L的A4型，其中L=200mm定模由两块模板组成，动模由两块模板组成；推板推出制件。由塑件形状尺寸、各成型板的厚度要求，并考虑注射机的最大装模厚度，可根据塑料模具设计手册P134-156。确定A、B板厚度：A板布置凹腔，该板厚度主要满足凹腔布置喝固定要求，取A板厚度HA为80mm。B板主要是布置型芯，考虑到型芯的固定，还有导柱的固定，厚度选20mm。C垫板厚63mm，推杆固定板16mm，动模座板25mm。四、注射模浇注系统设计主流道的设计由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，选用优质钢材制作并经热处理提高硬度。如下图：图4 主流道查表得知XS-ZY-125型注射机的喷嘴孔直径d0=4、喷嘴球半径R0=12，故，取模具浇口套主流道小端直径为d= d0+1=4+1=5mm模具浇口套主流道球面半径为R= R0+（12）=12+2=14m将主流道设计成圆锥形，斜度取30。分流道设计流道斜度30由于制件较小，分流道截面取半圆形即可满足要求，其直径D=8mm。分流道的设置在分型面。浇口设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位，它的作用是增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料，以保证充填实，确保制品质量。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的主要作用有如下几点： 熔体充模后，首先在浇口处凝结，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流；熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模；易于切除浇口尾料；对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口还能用以控制熔接痕的位置。根据塑件的成型、外观要求及型腔的排列方式，并便于冷凝料的自动脱落，并使塑件外观质量好，在塑件的接座平面保持平整，在侧面进料设浇口比较合适理想。考虑到LDPE材料的流动性极好，考虑由于一模两腔，塑件尺寸较小而且厚度很薄，不会充不足，因此确定采用侧浇口，。查塑料模具设计手册表2-51得浇口尺寸：a=0.8，b=4,l=1，分流道用圆弧连接冷料穴设计在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约1025mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成形性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴（冷料井）。冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。 本模具冷料穴设置在主流道的末端，采用Z形冷料穴，与拉料杆相通，便于将浇注系统冷凝料和A板分开。图5冷料穴设计 五、确定顶出机构类型及固定方式顶出机构的结构因塑件的脱模要求的不同而有所变化，但对顶出机构所应达到的基本要求是一致的：使塑件在顶出过程中不会损坏变形；保证塑件在开模的过程中留在设置有顶出机构的动模内；若塑件需留在定模内，则要在定模上设置顶出机构。其中，一次顶出机构是最常用的顶出机构。本模具选用推板顶出机构顶出塑件。推杆数量及结构形式 由于推板推出，推件板中设置有四根螺钉作为推杆与推件板连接，直径为12mm。固定方式是通过加工成台阶形状，由推板固定板和支撑板压紧固定。复位装置设计 顶出机构在完成塑件的顶出动作后，为了进行下一步循环必须回到其初始位置。常用的复位机构有弹簧复位机构和复位杆机构。因为弹簧复位机构不可靠，所以在此处选用推件板复位。本模具推件板中设置有四根推杆与推件板连接，直径为10mm。固定方式是通过加工成台阶形状，由推板固定板和支撑板压紧固定。顶出机构的导向 推杆通常装配在顶出板和顶出固定板之间。顶出板在顶出过程中的导向是十分重要的。否则，推杆会变形或折断。由于推板顶出，利用模架上的导柱导套进行导向，所以不用设计另外的导向机构。拉料杆的设计分型时将浇注系统冷凝料拉断，使其留定模一侧，必须使用拉料杆，此处选拉料杆选取Z型拉料杆，公称直径8mm。顶出距离 本模具中，因为塑件是阶梯形状，不必完全推出，推出一段距离后手工拿出。六、导向机构 导柱结构形式为便于加工导柱导套安装孔，获得较好的技术经济效益，使用有肩导柱。导柱长度计算由模架可知导柱直径为16mm，导柱穿过的三块板的厚度为20+16+80=116mm,查设计手册的导柱长度系列可选导柱长度L=112mm导柱和导套与固定板采取H7/K6过渡配合，导柱导向段与导向孔采取H7/f7间隙配合。导柱的布置 导向零件的作用：模具在进行装配和调模试机时，保证动、定模之间一定的方向和位置，导向零件要承受一定的侧向力，起导向和定位作用。为确保动模和定模只按一个方向合模，采用等直径导柱的不对称布置。为保护型芯不受损坏，导柱设在动模一侧。七、确定排气机构排气系统对确保塑件成型质量起着重要的作用，排气方式有以下几种：1)、利用排气槽；2)、利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；3)、对于大中型、深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。该零件结构简单，且热塑性塑料模具排除的气体量比较少，利用模具分型面之间的间隙排气。3.9、模具冷却系统的确定 因塑料的加热温度对塑件的质量影响较大，温度过高易于分解，成型时要控制模温在3555,具体措施是布置冷却水管。冷却水管直径8mm。该塑件为深腔塑件，采用型芯喷流式冷却回路.八、校核计算注射量的校核所需的注射机的注射量为V=v/0.8=27.83125 满足要求，初选注射机合适。模具闭合高度的校核安装模具的厚度应满足：H。设计的模具高度H251mm;初选的注射机XS-ZY-251，=200mm，=300mm满足要求，初选合适。模具安装部分的校核该模具的外形尺寸为200mm200mm ，XS-ZY-60型注射机模板最大安装尺寸为190mm300mm，故能满足模具安装要求。综合验证， XS-ZY-60注射机完全满足此模具的注射要求。有关模具工作部分设计计算九、成型零件结构设计及尺寸计算考虑到塑件的外形简单，采取整体式型腔结构，外形完整无拼缝。固定方式：型芯通过套板用台阶方式固定型腔与型芯的设计考虑到该模具结构的特点，直接在定模上加工出腔，型腔的结构如下图6所示： 图6定模型腔型芯设计结合塑件材料性能要求和模具结构及排气等方面，并考虑加工，采用台阶式，采用车床加工,与动模的配合按H7/f6的配合,其结构如图7与图8： 图7型芯1 图8 型芯2成型零件工作尺寸的计算由塑料模具设计资料表216查得LDPE的平均收缩率为S=2.5%，采用教材式（2-26）式（2-30）相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照零件图中给定的公差计算。未标注公差的尺寸以精度等级8计算。一般模具工作部分的精度要比塑件高23级，故取工作部分的公差等级为5级 (1)主型芯各径向尺寸计算。据对塑件尺寸公差分析，修正系数取0.75,模具的制造公差取z=/3 取X=0.75，= /3 = mm （2）主型芯高度尺寸计算 (4) 型腔径向尺寸mm十、模具综合要求模具材料型腔、型芯等非标准模具零件的材料为T8A、T10A、Cr12、Cr12MoV，淬火加低温回火硬度55HRC，或45钢，热处理硬度240HBS，或P20、优质P20（预硬塑胶模具钢）、S136、S316H（镜面塑胶模具钢）。 各种模板、垫板、固定板、支承块、压紧块、推板、挡块等选材。材料：45钢，热处理后硬度200HBS；或材料Q235钢，正火。模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一，为了保证模具精度，制造时应达到以下技术要求：1）组成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和热处理质量等方面均应符合相应图样的要求。2）组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求3）模具的功能必须达到设计要求4）为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下试模，并根据试模存在问题进行修整，直至试出合格的成型件为止。加工要求（1）模具分型面及组合件的结合面应很好贴合，局部间隙不大于0.02mm（2）模具成型表面的内外锐角、尖边、图样上未注明圆角时允许不大于0.3mm圆角（分型面及结合面除外）。当不允许有圆角时，应在图样上注明。（3）图样中未注明公差的一般尺寸其极限偏差按GB1804，其孔按H13，轴按h13，长度按J14。（4）模具中各承压板（模板）的两承压面的平行度公差按GB1184附录一的5级。（5）导柱、导套孔对模板平面的垂直度公差按GB1184附录一的4级。（6）模具中安装镙钉（镙栓）之螺纹孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相应各孔配作。（7）导柱(直导柱、台肩导柱)其配合部位的大径与小径的同轴度公差t按GB1184附录一的5级。（8）导套（直导套、带头导套）外圆与内孔的同轴度公差t按GB1184附录一的5级。（9）主流道衬套的中心锥孔应研磨抛光，不得有影响脱浇口的各种缺陷。装配要求（1）顶出制品的推杆的端面与所在的相应型面保持齐平，允许推杆端面高出型面不大于0.1mm。（2）注射模的复位杆，其端面应与模具分型面齐平，允许低于分型面不大于0.03mm。（3）型芯、凸模等，其尾部高度尺寸未注明公差时，其端面应在装配后与其配合的零件齐平。（4）制品同一表面的成型腔分布在上、下模或两模时，装配后沿分型面的错边不大于0.05mm，并其组合尺寸不超过型腔允许的极限尺寸。（5）凸模与凹模装配后的配合间隙，应保持周围均匀。（6）需保持同轴的两个以上零件，其同轴度必须保证装配要求，使各配合零件能顺利装卸，活动自如。（7）模具导向件的导向部分，装配后保证滑动灵活，无卡滞现象。（8）模具中供两次分型用的拉杆、拉板装配后，各工作面应在同一平面内，允许其极限偏差为0.1mm。（9）模具装配后，两安装平面应保持平，其平行度公差按按GB1184附录一的6级。综合要求1）模具、模架及其零件的工件表面，不应有碰伤、凹痕、裂纹、毛刺、锈蚀等缺陷。2）经热处理后的零件，硬度应均匀，不允许有脱碳、软点、氧化斑点及裂纹等缺陷。热处理后应清除氧化皮，脏物油污。3）配通用模架模具，装配后两侧面应进行同时磨削加工，以保证模具能顺利装入模架。4）模具的冷却水道应保证畅通。零件加工成型零部件：为了保证导向作用，动、定模的导柱，导套孔的孔距精度应控制在0.01mm以内。因此，必须用坐标镗床对动、定模镗孔。在缺少坐标镗床的情况下，较普遍采用的方法是将动、定模合在一起，在车床、铣床或镗床上进行镗孔。成型零部件采用优质碳素工具T8A钢，强度高，耐磨性好，热处理变形小，有时还要求耐腐蚀，调质淬火低温回火55HRC侧型芯的加工：把成型面的曲面图通过计算机产生刀具加工路径进行数控铣外形加工。型腔的加工：把成型面的曲面图通过计算机产生刀具加工路径，留余量在数控铣上加工成型，再用电火花加工成型。导柱导套加工：孔径与导柱相配，一般采用H7/k6，为了保证导向作用，要求导柱、导套的配合间隙小于凸、凹模之间的间隙。为了保证导向精度、加工时除了使导柱、导套的配合符合尺寸精度要求外，还应满足配合表面间的同轴度，即导柱两个外圆表面间的同轴度以及导套外圆与内孔表面的同轴度要求。为了使导柱、导套的配合表面硬而耐磨而中心部分具有良好韧性，用T8A，表面耐磨、有韧性、抗弯曲。不易折断，热处理：表面淬火，低温回火55HRC。导柱在热处理后修复中心孔，最后进行磨削时，可利用两端中心孔进行装夹，并应在一次装夹中将导柱的两个外圆磨出，以保证两表面间的同轴度。导套磨削加工时，可夹持非配合部分，在万能磨床上将内外圆配合面一次装夹磨出，以达到同轴度要求。用这方法加工时，夹持力不