塑料模具课程设计设计说明书

1、第一章 绪论1.1课程设计的背景和意义课程设计是对我们专业知识的一次实践性综合大考察，是培养学生综合运用所学的理论知识和技能，去解决问题的实践性教学环节，也是锻炼学生把实践各种软件作图技巧和用电脑编辑，书面语言表达总结的能力，有以下目的：1、理论分析、制定设计和试验方案学习的能力。2、调查研究、查阅中外文献和收集资料的能力。3、实验研究和数据处理的能力。4、设计、计算和绘图的能力。5、综合分析、总结提高、编制设计说明书及撰写科技论文的能力。1.2 注塑机简介注射机是注射成型的主要设备，选择注射机时，必须了解注射机的各主要工艺参数，使模具在注射机工艺参数的许可范围内，主要包括一下几项：最大注射量

2、、最大注射压力、锁模力、闭合高度、开模行程。1.3 课程设计和论文的主要内容(1) 图示零件注射成型工艺的分析（包括材料性能、成型工艺、塑件结构的分析）；(2) 分析选择并确定注塑模具的结构；(3) 进行工艺计算，选择并校核注射机；(4) 绘制模具总装图及型芯、型腔零件图；(5) 编写上述内容的设计说明书。第二章 塑件成型工艺分析2.1 塑件分析（1）外形尺寸 该塑件壁厚为1.2mm，塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，适合于注射成型。（2）精度等级 塑件每个尺寸的公差不一样，任务书中已给定尺寸公差一般为mt5，有配合的地方为mt3。（3）脱模斜度 abs属于无定型塑料，成型收缩率较小，参考

3、教材表210选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1度。2.2 abs的性能分析（1）使用性能 综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表明可以镀鉻，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。（2）成型性能 1）无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型的方法及成型条件。 2）吸湿性强。含水量应小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件要求长时间预热干燥。 3）流动性中等。溢边料0.04mm左右。 4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置，形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈

4、现白色痕迹。 5）abs的主要性能指标，其性能指标见表1-1： 密度 g/cm1.02-1.08弹性模量 mpa1.810比容 cm/g0.86-0.98弯曲强度 mpa80吸水率%（24h）0.2-0.4硬度 hb9.7r121收缩率%0.4-0.7体积电阻率 .cm6.91016熔点c130-160击穿电压 kv/mm15热变形温度c0.46mpa 90-1081.185mpa 83-103冲击强度 kj/m15.7-15.9抗拉屈服强度 mpa502.3 abs的注射成型过程及工艺参数 （1）注射成型过程 1）成型前的准备。对于abs的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于abs吸水性较大，

5、成型前应进行充分的干燥。 2）注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的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。处理的介质为空气和水，处理温度为6075，处理时间为1620s。 （2）注射工艺参数 1）注射机：柱塞式，速度30r/min。 2) 料筒温度（）：后段150170； 中段165180； 前段180200。 3）喷嘴温度（）：170180. 4）模具温度（）：5080。 5）注射压力（mpa）：80110. 6）成型时间（s）：12s（注射时间取2.9。冷却时间1，脱模时间8.1）。第三章 拟定模具的结构

6、形式和初选注射机3.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选择在塑件面积最大且有利于开模取出塑件的平面上，其位置如图31所示。 图3-1 分型面的选择 3.2 型腔数量和排位方式的确定（1）型腔数量的确定 由于该塑件的精度要求不高。塑件尺寸较小，且为大批量生产，用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和个成本费用等因素，初步选定为一模八腔结构形式。（2）型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模八腔，故流道采用h型对称排列，使用平衡进料，如图3-2所示。 图3-2 型腔数量的排列布置（3）模具结构形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计为

7、一模八腔，故采用h型排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件推杆推出方式。浇注系统设计时，交口采用侧交口，且开设在分型面上。综上分析可确定采用细水口的单分型面注射模。 3.3 注射机型号的确定 1）注射量的计算 塑件体积：v塑=0.27 cm 塑件质量：m塑=pv塑=1.05x0.27=0.28 g 式中，p可根据表1-1取1.05g/ cm 2)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1倍来估算.由于本次设计塑件体积较小，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塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和8

8、个塑件体积之和）为 v总=1.2nv塑=（1+0.2）x8x0.28=2.688 cm 3）注射机的选择 根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑件的总体积为v总=2.688cm，并结合教材式（4-18）则有：v总/0.8=3.36cm。根据以上的计算，初步选择公称注射量为3.36cm，注射机型号为xs-z-30柱塞式注射机，其主要参数见表3-1.表3-1 注射机主要技术参数理论注射量/cm330移模行程/mm160螺杆直径/mm28最大模具厚度/mm180注射压力/mpa119最小模具厚度/mm60注射行程/mm130模板尺寸/mm250280注射时间/s0.7拉杆空间/mm235塑

9、化能力/(g/s)4喷嘴球半径/mm12合模力/n2.5105喷嘴口直径/mm4注射方式柱塞式定位孔直径/mm63.54）注射剂的相关参数的校核（1）注射压力校核。有设计指导手册表2-1可知，abs所需注射压力为130150mpa,这里取p0=130mpa.该注射机的公称压力为p公=119mpa，注射压力安全系数k1=1.251.4，这里取k1=1.2，则：k1p0=1.2x80=96mpap公，所以，注射机注射压力合格。（2）锁模力校核。 1）塑件在分型面上的投影面积 a塑=3.14/4（9.32*9.32-6.42*6.42）=35.53mm22）浇注系统在分型面上的投影面积a浇，即交道凝

10、料在分型面上的投影面积a浇数值，可以按照多型腔模具的统计分析来确定。a浇是每个塑件在分型面上的投影面积a塑的0.2倍0.5倍。这里取a浇=0.2a塑。3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则： a总=n（a塑+a浇）=n(a塑+0.2 a塑)=8x（35.53+7.1）=341.08mm24）模具型腔内的胀型力f胀，则f胀=a总p型=341.08x35=11.938kn其中由设计指导手册表2-2查的取p型=35mpa由表3-1可知该注射机的公称锁模力f锁=250kn，锁模力安全系数为k2=1.11.2 这里取k2=1.2，则取k2f胀=1.2x341.08=14.325knf锁，所以注射机

11、锁模力满足要求。对于其他的安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。第四章 浇注系统的设计4.1 主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。4.1.1 主流道尺寸（1）主流道的长度 一般由模具结构确定，对于小型模具l应尽量小于60，本次设计初取50mm计算。（2）主流道小端直径 d = 注射机喷嘴尺寸 + （0.5-1）mm

12、 = 4.5mm。（3）主流道大端直径 d = d + l主tan()=8mm,式中a=40（4）主流道球面半径 sr = 注射机喷嘴球头半径 + （1-2）mm = 12+2=14mm(5) 球面配合高度 h = 3mm4.1.2 主流道的凝料体积v主= l主（r2主+r2主+r主r主）/3=1573.3mm34.1.3 主流道当量半径 rn = (2.25+4)/2=3.125mm4.1.4主流道交口套的形式主流道小端入口处与注塑机喷嘴反复接触，属易损坏，对材料要求较严，因而模具主流道常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用45钢或合金

13、钢等，热处理硬度为52-56hrc。此设计若采用分开式结构，主流道比较长，凝料体积比较大，因此把衬套和定位圈做成一整体的延伸式浇口套。因为流道长短与所选模架有关，所以在确定流道尺寸之前应根据型腔数量及布局估算动定模板的平面尺寸，即粗定模架的型号和规格，这样才使得理论计算有据可依。根据布局及考虑到模板壁厚、顺序分型时在主分型面的一些元件的布置等，选用侧点交口模架，规格为350400，查设计指导手册表7-4得：h4 = 45，h5 =20，浇口形式如图4-1所示。图4-1 主流道交口套的结构形式4.2 分流道的设计4.2.1 分流道的布置形式 为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低

14、，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。4.2.2 分流道的长度 根据两个型腔的结构设计，分流道的长度适中，h型的分流道布置，几级分流道的大小如图 ，如图4-2所示。图4-2 分流道布置形式 4.2.3 分流道的当量直径 流过分流道塑料的质量 m塑 = nv塑 =1.05x0.27x8=2.268 g 200g根据教材式（4-16），分流道的当量直径为 d分=dfl=3.5*1.5=3.675mm4.2.4分流道截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。4.2.5分流道截面尺寸由于分流道当量直径太小，为方便选择道具加工本次设计采用

15、梯形的上底宽度为b = 5mm ,地面圆角的半径取r = 1mm,梯形高度取h =3.5mm ,下底宽度为b= 4mm，通过计算得梯形斜度= 5，基本符合要求。4.2.6 凝料体积 分流道的长度为l分 =（55+50+7.5+25+25）x2=325mm 分流道截面积 a分 = （b+b）h/2 =15.75 mm2 凝料体积 v分 = l分a分 = 32515.75 = 5.118cm3 取v分 = 4.6 cm34.2.7校核剪切速率 确定注射时间：查设计指导手册表13-1,可取t = 0.86s 计算单边分流道体积流量：q分 =（v分/2+v塑）/t=3.3 cm3/s 由教材式（4-2

16、0）可得剪切速率 r 分 = 3.3q分/r3分 = 5947 s-1该分流道的剪切速率不处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在5102 5103s-1之间。4.2.7分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取ra 1.25m-2.5m即可，此处取ra 1.6m。4.3 浇口的设计4.3.1 侧浇口尺寸的确定 根据教材表4-10, 由于此塑件壁厚为1.2mm，计算得侧浇口的深度h取h=0.7*2=1.4 mm ,宽度b取0.4 mm,浇口长度取0.75mm。4.3.2 侧浇口剪切速率的校核。 确定注射时间：查设计指导手册表13-1，取t= 0.86s 计算浇口体积流量

17、：q浇 = v塑/t = 0.27/0.86= 0.3139cm3/s 计算浇口的剪切速率： r = 3.3q分/r3浇=4000 s-1 4x104 s-1,剪切速率合格。4.4 校核主流道的剪切速率上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。4.4.1 计算主流道的体积流量 q主 =（ v主 + v分 + nv塑）/t =( 1.573 + 4.6 + 80.27)/2.5= 9.6893/s4.4.1 计算主流道的剪切速率 r =3.3q主/r3主 = 3.39689/3.143.1253 = 333s-1 主流道的剪切速

18、率不处于浇口与分流道的最佳剪切速率5102 5103s-1之间。4.5 冷料穴的设计及计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。由于该塑件要求表面没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的抱紧力使凝料从主流道衬套中脱出。第五章 成型零件的结构设计及计算5.1 成型零件的结构设计5.1.1凹模的结构设计 凹模是成型制品外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分成整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。本设计中采用整体嵌入式凹模，如5-1图所示。图5-1 凹模结构示意图5.1.2 凸

19、模的结构设计凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。该塑件采用组合式型芯，如5-2图所示，因为塑件的抱紧力较大，所以设在动模部分。5-2凸模结构示意图5.2 成型零件的钢材选用根据对成型塑件的综合分析，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，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的整体式凹模刚才选用p20。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，此刚才选用p20钢，进行渗氮处理。 5.3 成型零件工作尺寸的计算采用教材表4-15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

20、差计算。5.3.1型腔径向尺寸的计算 凹模部分 塑件外部径向尺寸的转换ls1 =9.320.14 mm = 9.46 0-0.28 mm ,相应的塑件制造公差 1 = 0.28mm ;ls2 =6.420.28mm=6.560-0.28mm，相应的塑件制造公差2 =0.28mmlm1 =（1+scp）ls1- x110+z1 = (1+0.0055)9.46-0.60.280+0.14 = 9.340+0.046mmlm2 =（1+scp）ls2- x220+z2 = (1+0.0055)6.56-0.60.28 0+0.046=6.4280+0.046式中，scp是塑件的平均收缩率，查教材表

21、1-2可知abs的收缩率为0.3%0.8%，所以其平均收缩率scp=（0.003+0.008）/2=0.0055；x1 ，x2是系数，查设计指导手册表2-10可知x1=x2= x3=0.56；1，2，3分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；z1,z2，z3是塑件上相应的尺寸制造公差，对于中小型塑件取=/6（下同）5.3.2 型腔深度尺寸的计算 塑件高度方向尺寸的换算：1）定模部分塑件高度的尺寸hs1 = 10.220.26=10.480-0.52 mm ，相应的公差1 = 0.52 hm1 =（1+scp）hs1- x110+z1 = (1+0.0055)10.48-0.60.520+0.086

22、 = 10.220+0.086mmhs2 = 9.120.2=9.320-0. 4 mm ，相应的公差2 = 0.4 hm2 =（1+scp）hs2- x220+z2 = (1+0.0055)9.32-0.60.40+0.066 = 9.1310+0.066mm5.3.3 型芯工作尺寸计算。 塑件内部径向尺寸的转换ls1 =6.840.14 = 72.570+0.28mm , s1 = 0.28mmlm1 =（1+scp）ls1+ x110-z1 = (1+0.0055)6.7+0.70.280-0.046 =6.9320-0.046ls2=4.960.12 = 4.480+0.24mm ,

23、s1 = 0.24mmlm2 =（1+scp）ls1+ x110-z1 = (1+0.0055)4.48+0.70.240-0.04 =5.0340-0.045.3.4 型芯高度尺寸计算。 塑件高度尺寸转换：hs1= 7.480.14=7.7+0.280 mmhm1=（1+scp）hs1+ x110-z1 = (1+0.0055)7.7+0.650.28-0.046 = 7.922-0.046+0.0 mmhs1 = 20.1=1.9+0.20 mmhm1=（1+scp）hs1+ x110-z1 = (1+0.0055)1.9+0.630.2-0.330 = 2.036-0.33+0.0 mm

24、塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标注如图5-3所示5.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算5.4.1凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据本教材表4-19中的刚度计算公式计算。s =（3ph4/2ep）1/3 =（3359.124/22.11050.014）1/3 =1.01mm式中，p是型腔压力（mpa）；e是材料的弹性模量（mpa）;h=w，w是影响变形的最大尺寸而h=9.12 mm；p是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品牌而定参考教材设计p=0.014mm。根据型腔的布置，初步估算模板平面尺寸选用200230，它比型腔的布置的尺寸大得多，所以完全满足强

25、度和刚度的要求。5.4.2 动模垫板厚度的计算动模垫板厚度和所选木模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在350400这个范围内，查设计指导手册表7-4垫块之间的跨度大约为l = 350 263 = 224mm。那么根据型腔布置及型芯对动模板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即t = 0.54l(pa / el1p) 1/3 = 0.54124（35293.81/2.11052001.304）1/3=3.84mm。式中，p是动模垫板刚度计算许用变形量，参照教材取其值为1.304mm;l是两个垫块之间的跨距约为124mm；l1是动模垫板的长度取200mm；a是8个型芯投影到

26、动模垫板上的面积。单个型芯所受压力面积为：a1=/4*r2=3.14/4 x 6.842 =36.73 mm2两个型芯的面积：a=8x a1=293.81 mm2依据上述计算动模垫板可按照标准厚度取1.52mm，满足要求。第六章 脱模推出机构的设计6.1.1推出方式的确定本塑件采用脱模板推出方式。脱模板退出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在脱模板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，如图6-1所示，可以防脱模板因偏心而产生溢料，同时避免了脱模板与型芯产生摩擦。图6-1 型芯与脱模板结构示意图 1推杆 2型芯 3脱模板 4型芯固定板 5工件6.1.2脱模力的计算1）6.84主型芯脱

27、模力因为 = r /t = 3.42/1.2 = 2.8510 ，所以算是薄壁圆筒的受力状态，根据厚壁筒形脱模力的计算公式可得： f = 2tesl（f tan）/(1+ k1)k2 +0.1a=23.1418003.420.0055（9.12-1.2）（0.45-tan1）/(1+0.36.698)1.007+0.1x3.14x3.422 = 197.7n 2）4.96小型芯脱模力因为 = r /t = 2.48/1 = 2.4810 ，所以算是薄壁圆筒的受力状态，根据厚壁筒形脱模力的计算公式可得： f = 2tesl（f tan）/(1+ k1)k2 +0.1a=23.1418002.48

28、0.00552（0.45-tan1）/(1+0.36.698)2.0645）1.007+0.1x3.14x3.422 = 39.27n 6.1.3推出方式的确定（1）推板推出许用应力校核 1）推出面积 a板=（r2-r2）=3.14x2x64=401.92 mm2 2）推板推出应力 根据设计指导手册表2-12许用应力【】=11mpa =f/a=236.96/401.92=0.589mpa【】 合格（2）推杆推出许用应力校核1）推出面积 a板=（d2-d2）=31.46 mm2 2）推板推出应力 根据设计指导手册表2-12许用应力【】=11mpa =f/a=236.96/31.46=7.53mp

29、a【】 合格第七章 模架的选择查设计指导手册表7-4得wl = 350mm400mm及各板的厚度尺寸。7.1各模板尺寸的确定 （1）定模型腔板 塑件高度为9.8mm。考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离。故定模型腔板厚度取40mm。（2）型芯固定板，按模架标准板厚取45。（3）垫块尺寸， 垫块 = 推出行程+ 推杆固定板厚度 +(5-10)mm = （10+45+510）mm = 60 65初步定为90mm。其他尺寸按标准标注，如下图所示。7.2 模架各尺寸的校核根据所选注塑机来校核模具的尺寸。模具平面尺寸350mm400mm400300（拉杆间距），校核合格。模具高度尺寸320m

30、m，285320355（模具最大厚度和最小厚度）模具的开模行程s = 10+50+（5-10）= 6570340，校核合格。第八章 排气槽及冷却系统的设计8.1 排气槽及冷却系统的设计 该塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑件下方的台阶向上充满型腔，其配合间隙可作为气体排出方式，不会再顶部产生憋气现象。同时，地面的气体会沿着分型面、型芯和推件板之间的间隙向外排出。8.2 冷却系统的设计 冷却系统的计算很麻烦，在此只能进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时候所放出的热量应该等于冷却水所带走的热量。8.2.1冷却介质abs属流动性好的材料，

31、其成型温度及模具温度分别为160220和8090。热变形温度为102115。所以模具温度初步选为50，用常温水对模具进行冷却。8.2.2 冷却系统的简单计算1) 单位时间注入模具中的塑料熔体的总质量w（1）塑料制品的体积 v = v主 + v分 + nv塑 = 8.333（2）塑料制品的质量 m = v = 0.27 1.05= 0.28 g（3）塑件壁厚为1.2，查教材表4-34得t冷 =2.9s 。注射时间t注 = 1s ,脱模时间8.1s,则注射周期：t = t注+ t冷+ t脱 =12 s。由此可得每小时注射次数n = 300次。（4）单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量为：w = n

32、m = 3000.00028=0.084/h2）确定单位质量的塑件在凝固时放出的热量qs 查教材表4-35知abs的单位热流量取qs=370kj/。取3）计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为t2 = 22，出水口的水温为t1 = 25，取水的密度 = 1000/m，水的比热容c = 4.187kj/()，则根据公式可得： qv = wqs/60c(t1 t2) = 0.084370/6010004.187（25-22）= 4.12x10-5 m/min4)确定冷却水路的直径d当qv =4.12x10-5m/min 时，为了使冷却水处在湍流状态，取模具冷却水孔的直径d =1mm。5)冷却水在管内的流速vv = 4qv/60d2 = 44.12x10-5/603.140.0012 =0.087m/s6)求冷却管壁与水交界面的膜转热系数h因为平均水温为23.5，查教材表4-31可知f = 0.672,则有： h = 4.187f(v)0.8