塑料模具课程设计说明书

1、目 录一.塑件工艺性分析 2二塑件材料的特性2三注射机的选用与校核4四注塑模具的相关机构的设计9五模具平面图19六三维图20冷水壶注塑模具课程设计一.塑件工艺性分析1塑件的设计要求 塑件为塑料冷水壶，外形尺寸较大，形状较复杂，精度要求中等，塑件表面外光滑，质量较好。2塑件的外形尺寸塑件外形基本尺寸如图所示。塑件材料为聚乙烯（pe）。聚乙烯密度：塑件体积：（pro/e分析-模型-质量属性）塑件成型投影面积：（pro/e分析-模型-剖截面质量属性）（图1. 产品制件图）3塑件的结构特点塑件壁厚最大为2mm，最小为1mm，分布均匀，结构较复杂，尺寸适中，属薄壁壳体塑料。塑件侧向有手柄，因此模具需要设

2、计侧分型与抽芯机构。其浇注口设置在水壶底部，不影响水壶使用及塑件外形的美观。二塑件材料的特性1聚乙烯（pe）塑料的材料特性聚乙烯塑料的产量为塑料工业之冠，其中以高压聚乙烯的产量最大。聚乙烯塑脂为无毒，无味，呈白色或乳白色，柔软、半透明的大理石状粒料，密度为0.910.96g/cm3，为结晶型塑料。聚乙烯按聚合时所采用压力的不同，可分为高压、中压和低压聚乙烯。高压聚乙烯的分子结构不是单纯的线型，而是带有许多支链的树枝状分子。因此它的结晶度不高（结晶度仅60%70%），密度较低，相对分子质量较小，常称为低密度聚乙烯。它的耐热性、硬度、机械强度等都较低。但是它的介电性能好，具有较好的柔软性、耐冲击性

3、及透明性，成型加工性能也较好。中、高压聚乙烯的分子结构是支链很少的线型分子，其相对分子质量、结晶度较高（高达87%95%），密度大，相对分子质量大，常称为高密度聚乙烯。它的耐热性、硬度、机械强度等都较高，但柔软性、耐冲击性及透明性、成型加工性能都较差。聚乙烯的吸水性极小，且介电性能与温度、湿度无关。因此聚乙烯是最理想的高频电绝缘材料，在介电性能上只有聚苯乙烯、聚异丁烯及聚四氟乙烯可与之相比。2聚乙烯塑料的成型特性聚乙烯为结晶性原料，吸湿性极小，不超过0.01%，因此在加工前无需进行干燥处理。其结晶能力高，模具的温度对塑件的结晶状况有较大的影响。模温高，熔体冷却慢，塑件结晶度高，强度也就高；聚乙

4、烯分子联链柔性好，键间作用力小，熔体粘性低，流动性极好，因此成型时无需太高压力就能成型出薄壁长流程制品。它的制件质地较软，且易脱模，因此当塑件有浅侧凹槽时可以强力脱模。但其软化温度范围较小，且熔体易氧化，因此在成型加工中应尽可能避免熔体与氧发生接触，以免降低塑件质量；聚乙烯的收缩率范围大，收缩值大，方向性明显，ldpe收缩率为1.22%左右，hdpe收缩率在1.5%左右。因此容易变形翘曲，模具冷却条件对收缩率的影响很大，故应该控制好模具温度，保持冷却均匀、稳定；聚乙烯的熔点不高，但比热容较大，因此塑化时仍需要消耗较多的热量，故要求塑化装置要有较大的加热功率，以便提高生产效率。聚乙烯熔体的冷却速

5、度较慢，因此必须充分冷却，模具应该有较好的冷却系统。它的热稳定性较好，一般在300度以下无明显的分解现象，对质量没什么影响。3聚乙烯塑料的成型工艺参数表1 聚乙烯的成型工艺参数注射机类型螺杆式参数取值范围选取数值预热温度（）708075预热时间（h）121.5密度0.910.96g/0.95g/cm收缩率s1.22%1.5%1.4%温度（）喷嘴150180160料筒180200190模具3555（低）50压力（mpa）注射7010080保压405045时间（s）注射156040保压033冷却156040总计4013083三注射机的选用与校核1注射机常用的选择方法及初选：使用现有设备或根据每次成

6、型塑件满足的最大注射量、锁模力、经济型等各项要求选择合适的注射机。初选xs-zy-500型注射机，其主要规格如下：螺杆（柱塞）直径（mm）65注射容量（cm或g）500注射压力（mpa）104锁模力（kn）3500最大注射面积（cm）1000模具厚度（mm）最大550最小300模板行程（mm）700喷嘴球半径（mm）18孔直径（mm）7.5定位孔直径（mm）150+0.06顶出中心孔径（mm）150两侧孔径（mm）24.5孔距（mm）5302型腔数的确定nkmn-m2m1式中：k 注射机最大注射量的利用系数，一般为0.8；m2浇注系统所需塑料质量或体积；mn注射机允许的最大注射量；m1单个塑件

7、的质量或体积。k=0.8，mn=500kg/cm，m1=195cm，m2=100cm，得n1.53则，可知，型腔数为1。 则根据产品结构和尺寸形状分析及计算，该塑件尺寸较大，形状较复杂，设计为一模一腔。同时，根据需要和后续加工的要求，确定为平行于塑件的最大尺寸方向，中心分布。3注射机相关工艺参数校核（1）最大注射量校核k利g公g=g件+g废式中：g公注射机公称质量注射量（g）；k利注射机最大注射量的利用系数，一般为0.8；g件塑件的质量（g）；g废浇注系统等废料的质量（g）。g公=500cm，k利=0.8，g件=195 cm，g废=6.05 cm。得0.8500=400cm（195+6.05）

8、=201.05cm符合条件。（2）注射压力校核 注射压力校核是校验注射机的额定注射压力是否能满足成型时的注射压力。注射机的额定注射压力是螺杆或柱塞作用于溶体塑料单位面积上的作用力；成型时的注射压力是注射机类型、喷嘴形式、塑料流动性、浇注系统等多因素共同决定的，其值一般是70150mpa。p公p式中：p公注射机的额定注射压力（mpa）；p 塑件成型时的注射压力（mpa）。初选压力机为xs-zy-500型注射机，p公=104mpa，且p=80mpa，符合要求。（3）喷嘴尺寸校验 注射机喷嘴与模具浇口套之间的配合关系因满足如下关系：d2=d1+(0.51)mmr2=r1+(12)mmd1注射机的喷嘴

9、孔径（mm）；d2模具主流道小端直径（mm）；r1模具始流到端球面半径（mm；）r2喷嘴前端的球面半径（mm）。d1=7.5mm，则d2=7.5+0.5=8mm。（4）锁模力校核指注射机的合模机构对模具所能施加的夹紧力(kn)。当高压的熔料充满模具型腔时产生一个很大的力使模具涨开。因此，注射成型时必须靠注射机的锁模力将模具夹紧，锁模力应大于高压熔料的涨模力。模腔平均压力通常为20到40mpa，它随塑料流动性大小、型腔复杂程度变化，当流动性差，形状复杂，精度要求高时，压力取大；成型一般塑件时，模腔压力为23到34mpa精密塑件为39到44mpa。锁模力与型腔熔体压力关系：f锁qa分=kp公a分f

10、锁注射机的额定锁模力（n）。q 模具型腔熔体压力（mpa）。a分塑件及浇注系统在分型面上的总投影面积（mm）。k 压力损耗系数，一般为1/32/3。p公注射机的额定注射压力（mpa）。f锁=3.5106n，a分=a1+a2+a3=18017mm2，p公=104mpa，k=1/3,q=34.7mpa.f锁kp公a分，符合条件。（5）模具闭合厚度及开模行程校核模具闭合厚度hmhminhmhmax 且 hmlmin式中lmin注射机模板间的最小开距；hmax可装模具最大厚度；hmin可装模具最小厚度；hm 模具闭合厚度。300mmhm450mm。开模行程 对于液压式注射机，模板最大开距lmax减去模

11、具闭合厚度为模板实际开模行程，即lmax- hms开 如果注射机lmax太大，可调整合模部分动模板行程开关，使lmax减小。（6）注射机固定模板定位孔与模具的定位圈的关系 两者按h9/f9配合，以保证模具主流道轴线与注射机喷嘴轴线重合，否则，将产生溢料并造成流道凝料脱模困难，定位圈高度h，小型模具为810，大型模具为1015。 （7）模具的安装紧固模具的定模部分安装在注射机的固定模板上，动模部分安装在注射机的移动模板上。模具的安装固定有两中方式，可以用压板固定，这时模具座板附近要有螺孔（注射机模板上）就能固定。因而有较大的灵活性。也可用螺钉直接固定。这时模具座板上孔的位置和尺寸应与注射机模板上

12、的安装螺孔完全吻合，螺钉和压板的数目，动定模板上各用24个。四注塑模具的相关机构的设计1型腔和型芯的设计 已经由对塑件进行的分析和计算得知，设计为一模一腔。（1）分型面的确定共四个分型面。（2）型腔的结构设计及基本尺寸计算1）型腔设计 水壶塑件底部有一圆形底座，设计一可以成形该底座的凸模，镶嵌于成形塑件主体的型腔上，组成模具的主型腔。2）型腔基本尺寸计算型腔内径尺寸：d腔=ds+dsqcp-xs0+m式中d腔型腔内形（内径）尺寸（mm）；ds塑件外径基本尺寸（mm），或塑件的实际外形尺寸；s塑件公差，若塑件外径工程尺寸为ds+2+1，则ds=ds+1，s=1-2；qcp塑料平均收缩率（%）x

13、综合修正系数，一般情况x=1/2；m模具成型尺寸设计公差，一般m=（1/5-1/3）s。塑件精度等级为6级。ds1=130mm，则查p113-表4-2，知，s1=1.12mm。则取m1=14s1=0.28mm, qcp=1.4%,d腔1=ds1+ds1qcp-xs10+m1=130+1301.4%-121.120+0.28=131.260+0.28ds2=104mm，查表4-2，知，s2=1.00mm。则取m2=14s2=0.25mm, qcp=1.4%,d腔2=ds2+ds2qcp-xs20+m2=104+1041.4%-121.000+0.25=104.9650+0.25型腔深度尺寸：h腔

14、=hs+hsqcp-xs0+mh腔型腔深度尺寸（mm）；hs塑件高度基本尺寸（mm），或塑件的实际高度尺寸；s塑件公差，若塑件高度工程尺寸为ds+2+1，则hs=hs+1，s=1-2；qcp塑料平均收缩率（%）；x 综合修正系数，一般情况x=1/2；m模具成型尺寸设计公差，一般m=（1/5-1/3）s。hs=215mm，查表4-2，知，sh=1.64mm。则取mh=14sh=0.41mm, qcp=1.4%,h腔=hs+hsqcp-xsh0+mh=215+2151.4%-121.640+0.41=217.190+0.41（3）型芯的结构设计及基本尺寸计算1）型芯的结构设计成形塑件内表面的零件称

15、型芯，主要有主型芯，小型芯。对于简单的容器，如壳、罩、盖之类的塑件，成形其主要部分内表面的零件称主型芯，而将成形其它小孔的型芯称为小型芯或成型杆。鉴于本次设计主型芯用于成形塑件内壁，为一整体，故主型芯选为整体式结构。材料选优质碳素结构工具钢t10a，淬火处理hrc5055.2）型芯的基本尺寸计算主型芯外径尺寸d凸=ds+dsqcp+xs-m0d凸凸模（型芯）外径尺寸（mm）；ds塑件内径基本尺寸（mm），或塑件的实际内径尺寸；s塑件公差，若塑件外径工程尺寸为ds+2+1，则ds=ds+2，s=1-2；qcp塑料平均收缩率（%）；x 综合修正系数，一般情况x=1/2；m模具成型尺寸设计公差，一般

16、m=（1/5-1/3）s。精度为6级。. d凸1=126mm，则查p113-表4-2，知，s11=1.12mm。则取m11=14s11=0.28mm, qcp=1.4%,d凸1=ds1+ds1qcp+xs11-m110=126+1261.4%+121.12-0.280=128.32-0.280. d凸2=100mm，则查p113-表4-2，知，s22=1.00mm。则取m22=14s22=0.25mm, qcp=1.4%,d凸2=ds2+ds2qcp+xs22-m220=100+1001.4%+121.00-0.250=101.96-0.250型芯高度尺寸h凸=hs+hsqcp+xs-m0h凸

17、凸模（型芯）的高度尺寸（mm）；hs 塑件内型深度基本尺寸（mm），或塑件的实际内型深度尺寸；s 塑件公差，若塑件外径工程尺寸为hs+2+1，则hs=hs+2，s=1-2；qcp塑料平均收缩率（%）；x 综合修正系数，一般情况x=1/2；m模具成型尺寸设计公差，一般m=（1/5-1/3）s。精度等级为6级。hs=212mm，查表4-2，知，sh=1.64mm。则取mh=14sh=0.41mm, qcp=1.4%,h凸=hs+hsqcp-xsh-m0=212+2121.4%-121.64-0.410=214.15-0.4102型腔壁厚的设计 已知该塑件尺寸较大，则刚度不足时主要问题，应按照刚度条

18、件计算。刚度计算的条件由于模具特殊性，可以从以下几方面考虑：（1）要防止溢料，聚乙烯的不溢料允许间隙为0.0250.4mm；（2）应保证塑件精度；（3）要有利于脱模。3浇注系统设计浇注系统包括主流道、浇口套、定位圈、拉料杆、定模板等的设计。主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或是直接进入型腔。由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。在卧式或立式注塑机上使用的注塑模中，主流道垂直于模具分型面。为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有一

19、定的锥角，内壁有ra0.8m以下的表面粗糙度，抛光时应沿轴向进行，若沿圆周进行抛光，产生侧向凹凸面，使主流道凝料难以拔出。同时浇口套与注塑机喷嘴接触平凡，为防止撞伤，应采取淬火处理使其具有较高的硬度（48hrc52hrc）。浇口处直径为8mm。流道开设在分型面上。4模具温度调节系统塑料模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺不同，模具温度也要求不同。因此在设计注塑模具时必须考虑用加热或冷却装置来调节模具的温度。对于一般的热塑性塑料注射成型时只需考虑冷却装置。（1）温度调节对塑件质量的影响温度调节对塑件质量的影响主要有以下几个方面:1）尺寸精度：利用温度调节系统来

20、保持模具温度的恒定或采取较低的模温，可减少塑件成型收缩率的波动，提高塑件精度。2）形状精度：模具型芯与型腔各部分温差过大，会使塑件收缩不均匀而导致翘曲变形，影响塑件的美观和使用。特别对于壁厚不一致和形状复杂的塑件，经常会出现因收缩不均匀而变形的情况，必须采用合适的冷却回路，使模具型腔各个部位的温度基本上均匀。3）表面粗糙度：模温过低会使塑件轮廓不清晰，产生明显的熔合纹，提高模温可改善塑件的表面状态，使塑件的表面粗糙度降低。4）塑件的力学性能。（2）温度调节对生产力的影响温度调节系统对生产力的影响主要由冷却时间来体现。通常注射到型腔内的塑料熔体的温度为200左右，塑件从型腔中取出的温度在60以下

21、。熔体在成型时释放的热量中约有5%以辐射、对流的形式散发到大气中，其余95%需冷却水带走，否则由于塑料熔体的反复注入将使模温升高。为了保持模温的恒定，在每一循环中，必须由冷却系统把塑料熔体的热量带走。因此模具的冷却时间主要取决于冷却系统的冷却效果。一般的模具冷却时间占整个注射循环周期的2/3，因此缩短成型周期中的冷却时间是提高生产率的关键。根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量为q=kat/3600式中q模具与冷却系统所传递的热量（j）；k冷却管道孔壁与冷却介质间的传热系数j/（mh）；a冷却介质传热面积（m）；模温与冷却介质之间的温度差（5）；t冷却时间（s）。由式中可知，当所需传递的

22、热量不变时，可通过提高传递系数k，提高模具与冷却介质温度差及增大冷却介质的传热面积a等三种方法来缩短冷却时间，提高生产效率。5合模导向和定位机构注塑模闭合时为了保证型腔形状和尺寸的准确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构，最常见的导向定位机构是在模具型腔四周设24对互相配合的导向柱和导向孔，导柱设在动模边或在定模边均可，但一般设在主芯型周围。导向机构主要有导向定位和承受注塑时产生侧压力三个作用：（1）.导向作用动定模合模时按导向机构的引导，使动定模按正确方位闭合，避免凸模进入凹模时因方位搞错而损坏模具或因定位不准而相互碰伤，因此设在型芯周围的导柱应比主型芯高出至少68mm。这

23、对于移动式模具采用人工合模时特别重要。（2）.定位作用在模具闭合后使型腔保持正确的形状和所有由动定模合模构成的尺寸的精度，例如定位不准引起桶形塑件壁厚不均或尺寸精度下降。（3）.承受注塑产生的侧压力 当塑件形状不对称或通过侧浇口注入塑件时都会产生单向侧压力，该力会使动定模在分型面处产生错动，当侧压力很大时，还不能单靠导柱来承担，需要设锥面或斜面进行定位，例如采用圆锥面作分型面能起很好的定位作用6导柱导套的尺寸和结构要求：（1）对导柱尺寸和结构有以下几点要求：1）直径和长度：导柱的直径在1263mm之间时，按经验其直径d和模板宽度b之比为d/b0.060.1，圆整后选标准值。导柱无论是固定段的直

24、径还是导向段的直径，其形位公差与尺寸公差的关系应遵循包容原则，即轴的作用尺寸不得超过最大实体尺寸，而轴的局部实际尺寸必须在尺寸公差范围内才合格。导柱长度应该比凸模端面的高度高出68mm。2）形状：导柱的端部倒角，使其能顺利进入导向孔。大中型模具导柱的导向段应开设油槽，以储存润滑油脂。3）公差配合：安装段与模板间采用过渡配合h7/k6，导向段与导向孔间采用动配合（间隙配合）h7/f7。4）粗糙度：固定段表面用ra0.8m,导向段表面采用ra0.4m。5）材料：导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此多采用中碳钢（45号钢），碳（0.50.8mm深），经淬火处理（rc5660）或碳素工

25、具钢（t8a，t10a）经淬火或表面处理（hrc5055）。（2）对导套尺寸和结构设计有以下几点要求。导向孔可以直接加工在模板上，这种结构加工简便，但模板上未淬火的导向孔耐磨性差，用于塑件批量小的模具，多数模具的导向孔镶有导套，它既可淬硬以提高寿命，又可在磨损后方便更换。1）形状：可分为直导套和带轴肩导套两类。2）公差配合与表面粗糙度：导套内孔与导柱之间采用动配合h7/f7。 外表面与模板孔为较紧的过度配合h7/n6（直导套）或h8/k7带轴肩导套），其前端可设计长3mm的引导部分，按松动配合h8/e7制造，其粗糙度内外表面均可用ra0.8或ra1.6。 3）材料：导套的材料可用耐磨材料，如铜合金制造，当用碳钢时也可采用碳素工具钢淬火处理。硬度hrc5055，或采用45号钢碳淬火，其表面硬度为hrc5660，但其硬度最好比导柱低5度左右。 本注塑模选带轴肩的导套，导套、导柱与模板间均采用过渡配合的固定方式。7斜导柱侧抽芯机构的设计（1）侧向分型行程s=s1+（23）mm式中s抽芯距；s1抽芯的极限尺寸；分析塑件可知，s1=8mm，则s=10mm。（2）侧向分型抽芯力的计算其中，fc抽芯力（n）c侧型芯成形部分的截面平均周长。h侧型芯成形部分的高度。p塑件对侧