注射模具设计说明书

1、课 程 设 计 报 告题目：旋转体塑料模具设计 专业：材料成型及控制工程 姓名： 朱朝辉 导师： 周 伟 时间： 2010年9月12日 目录目录1一、设计任务3二、塑件成型工艺性分析42.1、塑件的分析42.2、LDPE的性能分析42.3、LDPE的注射成型过程及工艺参数52.3.1注射成型过程5三、拟定模具的结构形式63.1分型面位置的确定63.2型腔数量和排列方式的确定73.3注射剂型号的确定7四、浇注系统的设计104.1主流道的设计104.2冷料井的设计114.3分流道的设计114.3.1分流道的布置形式114.3.2分流道的截面形状114.3.3分流道的截面尺寸124.3.4分流道的长

2、度124.3.5凝料体积124.3.6校核剪切速率124.4浇口的设计12五、成型零件的结构设计及计算135.1成型零件的结构设计135.1.1凹模的结构形式135.1.2凸模的结构形式145.2成型零件钢材的选用145.3成型零件的工作尺寸的计算155.3.1凹模径向尺寸计算155.3.2凹模深度尺寸的计算155.3.3凸模径向尺寸的计算165.3.4凸模高度方向尺寸的计算165.4成型零件尺寸和底板厚度计算175.4.1型腔侧壁厚度的校核175.4.2动模垫板厚度的计算18六、模架的确定196.1各模板尺寸的确定196.2模架各尺寸的校核20七、脱模推出机构的设计217.1脱模机构的设计原

3、则217.2推出方式的确定227.3推杆的结构形式及形状227.4推杆的固定方式（图5-3）227.5脱模力的计算227.6校核推出机构作用在塑件上的单位压应力23八、导向与定位结构的设计23九、冷却系统的设计259.1冷却系统设计259.2冷却系统设计原则269.3冷却系统的结构形式269.4冷却系统的选用26十、模具整体三维结构展示27十一、设计小结28参考文献29一、 设计任务零件简图如下图所示材料：LDPE；精度：MT5；生产批量：大批量生产。图1-1图1-2二、塑件成型工艺性分析2.1、塑件的分析（1）外形尺寸 该塑件的壁厚为5mm,塑件的外形尺寸较大，塑件的熔体流程较长，但采用注射

4、成型也是可行的（2）精度等级 该塑件的精度等级统一给定位MT5，精度等级一般，因此对模具的精度要求也是一般。（3）脱模斜度 LDPE的成型收缩率较小，收缩率约为1.02，参考文献1表2-10选择塑件上的凸凹模的脱模斜度统一为35。2.2、LDPE的性能分析（1）低密度聚乙烯（LDPE）通常是以乙烯为单体，在98.0294MPa的高压下，用氧或有机过氧化物为引发剂，经聚合所得的聚合物，密度为0.9100.9259cm3。结晶度较低，分子量一般550万，它是一种乳白色呈半透明的蜡状固体树脂，无毒。（2）软化点较低，超过软化点即熔融，其热熔接性、成型加工性能很好，柔软性良好，抗冲击韧性、耐低温性很好

5、，可在-60-80下工作，电绝缘性优秀（尤其是高频绝缘性），LDPE的机械强度较差，耐热性不高，抗环境应力开裂性、粘附性、粘合性、印刷性差，需经表面处理，如化学侵蚀、电晕等处理后方可改进其粘合性、印刷性。（3）吸水性很低，几乎不吸水，化学稳定性优秀，如对酸、碱、盐、有机溶剂都较稳定。对CO2、有机性臭气渗透性大，但对水蒸汽、空气的渗透性差。（4）易燃烧，燃烧时有似石蜡昧；在日光和热作用下容易老化降解而变色，由白转黄转褐色，最终呈黑色，且性能下降或龟裂，若加入一定量的抗氧剂、紫外线吸收剂等可改善性能、在化学交联剂或高能辐 照下交联，可提高软化点、耐温性、刚度、耐溶剂性等。（5）低密度聚乙烯（LD

6、PE）适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好，如注塑、挤塑、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等。（6）LDPE主要用途是作薄膜产品，如农业用薄膜、地面覆盖薄膜、农膜、蔬菜大棚膜等；包装用膜如糖果、蔬菜、冷冻食品等包装；液体包装用吹塑薄膜（牛奶、酱油、果汁。豆腐、豆奶）；重包装袋，收缩包装薄膜，弹性薄膜，内衬薄膜；建筑用薄膜，一般工业包装薄膜和食品袋等。LDPE还用于注塑制品，如小型容器、盖子、日用制品、塑料花、注塑一拉伸一吹塑容器。医疗器具，药品和食品包装材料、挤塑的管材、板材，电线电缆包覆，异型材、热成型等制品；吹塑中空成型制品，如食品容器有奶制品和果酱类，药物

7、、化妆品、化工产品容器、槽罐等。2.3、LDPE的注射成型过程及工艺参数2.3.1注射成型过程1）成型前准备 对LDPE的色泽、粒度和均匀度进行检测，并进行成型前的干燥处理。2）注射过程 塑料再注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。3）塑件的后处理 处理的介质为空气，处理温度为6070,处理时间为2025S。2.3.2注射工艺参数依据文献1P63表3-1常见塑料的注射工艺得到LDPE的注射工艺参数如下表所示:干燥处理料筒温度螺杆转速喷嘴结构模具温度注射温度时间后部中部后部压力时间_140160170200_直

8、通式30556010015保压降温固化时间成型周期注射机类型螺杆结构形式压力时间40501560156040140螺杆式_三、 拟定模具的结构形式3.1分型面位置的确定分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向倾斜。（1）分型面的形式：分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有如下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。（2）分型面的选择原则：a）便于塑件脱模：、在开模时尽量使塑件

9、留在动模内 、应有利于侧面分型和抽芯 、应合理安排塑件在型腔中的方位；b）考虑和保证塑件的外观不遭损坏c）尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）d）有利于排气e）尽量使模具加工方便（3）对于本次设计，分型面的选取如下图所示：图3-13.2型腔数量和排列方式的确定（1）型腔数量的确定 该塑件采用的精度为5级，且为大批量生产，可采用一模多腔的形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及各种成本费等因素，初步定为一模一腔的形式。（2）模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计为一模一腔的形式，根据塑件的结构形状，推出机构拟采用推杆推出的形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，

10、浇口采用侧浇口，开设在分模面上。为取出冷凝料，本次设计采用拉料杆取出凝料。综合分析可确定选用带推杆的单分型面注射模。3.3注射剂型号的确定（1）注射量的计算当加载的材料为PE时，通过三维软件进行质量查询，可得出如下的信息：图3-2则有塑件的体积为：若取LDPE的密度为，则有塑件的质量为：（2）浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但可以根据经验按照塑件体积的0.21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0.2倍计算，故一次注入模具型腔塑料熔料的总体积为（3）选择注塑机根据上面计算得出的一次注入模具型腔的塑料的总体积为，并参

11、考文献1P95式418有根据以上的计算，初步选定公称注射量为，注射机的型号选定为XSZY500卧式注射机，其主要技术参数如下表所示：标称注射量/ 500模板的最大厚度/mm450螺杆直径/mm65模板的最小厚度/mm300合模力/N模板尺寸750870注射压力 /MPa104拉杆空间/mm650550注射行程/mm490合模方式液压机械螺杆转速/（r/mm）047电机功率/KW22模板最大行程/mm700定位圈尺寸/mm150喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm7.5注射方式螺杆式最大成型面积/1000定位圈尺寸/mm150注射时间/s2.7s（4）注射机相关参数的校核1）注射压力的校核该项工

12、作是校核所选注射机的公称压力P能否满足塑件所成型时需要的注射压力P0，其值一般为60100MPa，我们这里选80MPa。注射压力的安全系数为=1.251.4，这里我们取为=1.3，则有：，所以注射机压力合格。2）锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，即：=APF注射机的额定锁模力（N）； P模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa）；一般为注射压力的0.20.4倍，通常取2040MPa。我们这里选P=30MPa。A塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和（mm2）塑件在分型

13、面上的投影面积为:浇注系统在分型面上的投影面积为:则有塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和为:模具型腔的内压力P通常取为注射压力的0.20.4倍，大致范围为1632MPa，这里取为30MPa。则模具型腔内的涨型力为:=AP=32012.92830N=960387.84.32N=960.387KN 3500KN符合要求。四、 浇注系统的设计4.1主流道的设计所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统十分重要。而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。我们在这里选用普通

14、浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如图四所示：主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为：1） 主流道尺寸主流道的小端直径：；主流道的球面半径为：；主流道锥角：取；主流道长度：取L=20mm；主流道的大端直径：2）主流道衬套的形式由于主流道入口处与注射机喷嘴反复接触，极易损坏，对材料的要求比较高，因而主流道设计为浇口套，采用T10A，热处理为50HRC55HRC4.2冷料井的设计冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能

15、将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。冷料穴的形式有三种：一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三种是无拉料杆的冷料穴。我们这里选用与推出杆匹配的倒锥形冷料穴，其结构如图所示：图4-14.3分流道的设计4.3.1分流道的布置形式分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。本次设计采用两个侧交口，所以也要有分流道。4.3.2分流道的截面形状通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热

16、损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道。为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到型腔，因此，采用如图4-1所示平衡式分流道结构：4.3.3分流道的截面尺寸因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径。由参考文献1P94表4-7常用塑料的分流道直径推荐值表，取分流道的直径为8mm。4.3.4分流道的长度因为两浇口点之间的距离为46mm，所以取分流道的长度为34mm。4.3.5凝料体积分流道长度：L=34mm。分流道截面积：A=凝料体积：LA=50.2434=1708.164.3.6校核剪切速率由参考文献1P95表4-8查的注射

17、时间为：t=2.5S分流道体积流量：剪切速率：该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率之间，所以分流道内的熔体放入剪切速率合格。4.4浇口的设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，表面粗糙度Ra不低于0.4m。浇口的结构形式很多，按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。而我们这里选用的是矩形浇口

18、。浇口的截面一般只取分流道截面积的39，浇口的长度约为0.5mm2mm，现在可算出我们需要的浇口面积S=5s=2.512。浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点：浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。浇口应设在不影响制品外观的部位。不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。本次设计采用两个侧浇口进行浇注。五、成型零件的结构设计及计算5.1成型零件的结构设计5.

19、1.1凹模的结构形式凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种结构形式：整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于中型制件，从各方面分析我们可选用组合式凹模整体嵌入式凹模。整体嵌入式凹模，一般是将每个型腔单独加工后压入定模中。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。凹模的外形通常是用带台阶的圆柱形，由台阶定位，以过渡配合嵌入定模板，然后用定模板座板将其固定。其结构如下图所示：图5-15.1.2凸模的结构形式凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模整体装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进

20、行装配而成，如下图所示：图5-2 5.2成型零件钢材的选用根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劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件大批量生产，所以构成该腔的嵌入式凹模钢材的牌号为P20（美国牌号）。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。5.3成型零件的工作尺寸的计算5.3.1凹模径向尺寸计算首先进行塑件外部径向尺寸的转换：查表得其平均收缩率，X一般取0.50.8之间，这里取X=0.6。制件上相应的尺寸制造公差，对于中小型塑件取。运用公式：5.3.2凹模深度尺寸的计算首先

21、进行塑件高度方向尺寸的转换：运用公式：图5-35.3.3凸模径向尺寸的计算首先进行塑件内部径向尺寸的转换：运用公式：5.3.4凸模高度方向尺寸的计算首先进行塑件内部高度尺寸的转换：运用公式：图5-45.4成型零件尺寸和底板厚度计算5.4.1型腔侧壁厚度的校核在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果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，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若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间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其是对大型塑件。P-型腔压力，单

22、位为MPaE-模具材料的弹性模量，单位为MPah-影响变形的最大尺寸，单位为mm-模具钢度计算许用的变形量（按文献1表4-19及表4-20中的相关说明计算）由于本次设计采用的是整体嵌入式凹模，所以壁厚取为20mm 5.4.2动模垫板厚度的计算由于本次设计采用三维软件UG进行设计，动模垫板的厚度由标准模架选定后自动生成，设计时，系统自动生成的模架中动模垫板的厚度为50mm。六、模架的确定6.1各模板尺寸的确定1）A板尺寸的确定A板式型腔固定板，塑件的高度为100mm，考虑到需要加嵌件，还要考虑加冷却水道，所以A板厚度取为140mm。2）B板尺寸的确定 B板是型芯固定板，按标准模架取其厚度为40m

23、m.3）C板的尺寸确定C板的尺寸的确定需要综合考虑工件的高度（推出行程），推杆固定板厚度，推杆垫板的厚度等，综合考虑取C板的厚度为160mm。经过上述尺寸的计算，模架选用400400,最终计算出模架的尺寸如下图所示图6-16.2模架各尺寸的校核1）模具平面尺寸的校核 400mm400mm500mm440mm,校核合格。2）模具高度校核 300mm445mm138mm,校核合格。七、脱模推出机构的设计7.1脱模机构的设计原则设计脱模机构时，应遵循以下原则：（1）结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度。（2）保证塑件不变形、不损坏。（3）保证塑件外观良好。（4）尽量使塑件留在动

24、模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。7.2推出方式的确定在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种出塑件的机构称为脱模机构。脱模机构的分类分多，我们采用的是混合分类中的一种：推杆一次脱模机构，因为此机构是最简单、最为常用的一种，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较实用和直观。7.3推杆的结构形式及形状因制品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状也不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。推杆又可分为普通推杆与成型推杆两种，我们这里选用普通推杆。其结构形式见下图5-2。7.4推杆的固定方式（图5-3） 图7-1 推杆 图7-

25、2 推杆固定7.5脱模力的计算因为，所以此处视为薄壁圆筒塑件，根据文献1P143式4-24有:脱模力由于塑件底部有通孔，A可视为零，其他参数可由文献1表4-24查的，所以有脱模力的大小为：7.6校核推出机构作用在塑件上的单位压应力推杆的推出面积为：推出应力为： 符合要求八、导向与定位结构的设计为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构，其结构如下图：图8-1我们在设计此机构的同时还应注意以下几点：（1）、导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有

26、足够的距离，以保证模具的强度。（2）、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出68mm（图十），以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。（3）、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。（4）、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。（5）、导柱的设置应根据需要而决定装配方式。（6）、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。（7）、一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。（8）、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。九、冷却系统的设计9.1冷却系统设计塑料在成型

27、过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。一般注射模内的塑料熔体温度为200左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。对于熔融黏度低、流动性比较好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小型薄壁时，如我们的塑件，则模具可简单进行冷却或者可利用自然冷却不设冷却系统；当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却。9.2冷却系统设计原则、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡、冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。、浇口处加强冷却。、应降低进水与出水的温差。、合理选择冷却水道的形式。、合理确定冷却水管接头位置。、冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。