塑料模具课程设计膜片夹片的注射模设计说明书

1、（2007届）塑料模具课程设计题目：夹片膜片注射模设计学 院、系： 机械工程学院 专 业： 材料成型与控制工程 学 生 姓 名： 班 级： 03 学号 107 指导教师名： 职称 副教授 最终评定绩： 湖南工业大学教务处 二六年九月制目 录 一、 塑料制件及模具设计依据21、塑件的几何形状和使用要求22、塑件的成型工艺性23、注射机的型号和规格34、塑件注射成型工艺条件3二、 模具的结构设计3三、 分析计算31、确定型腔的数目42、分型面的选择43、型腔的配置44、浇注系统的设计55、导向机构的设计76、脱模机构的设计87、排气结构的设计98、确定凹模和型芯的结构和固定方式99、冷却系统的分析

2、计算1210、校核设计参数1611、模具成型部件材料的选择1812、模具零件材料的选用19四、 设计结论与心得19一、塑料制件及模具设计依据1、塑件的几何形状和使用要求本注塑模具设计制造的塑料制件是膜片夹片，膜片夹片的作用为装夹各种膜片。夹片设计为圆形，内腔圆形为19mm，装夹深度为4.2mm，外表面为24.7mm。塑件内表面要求7的倾斜。塑件表面粗糙度：内表面为0.5m，其余为6.3m。整个塑件的平均厚度为2mm。在注塑模具的设计中要有一定的脱模斜度，根据塑件的材料设计脱模斜度为。 产品零件图如（图1）下： （图1）2、塑件的成型工艺性塑件材料为pe，即聚乙烯。采用高密度聚乙烯，其压缩比为1

3、.73-1.9拉伸弹性模量为840-950mpa。伯松比为0.38，成型收缩率为1.5-3.0%。塑件与钢的摩擦系数为0.11。聚乙烯为结晶材料，吸湿性很少。流动性好，溢边值为0.02mm左右，流动性对压力变化敏感。在注塑时，可能发生熔融破裂，与有机溶剂接触可发生开裂。加热时间长，有时会发生分解和烧伤。聚乙烯的冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设计冷料穴，模具应有冷却系统。收缩率范围大，收缩值大，方向性明显，易变形翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响较大，应控制模具温度，保持冷却均匀，稳定下宜用高压注射，料温均匀，填充速度快，保压充分。聚乙烯不宜用直接浇口，易增大内应力，成型时产生收缩不均，方

4、向性明显增加变形，应注意选择进料口的位置，防止产生缩孔变形。聚乙烯质软易脱模，塑件有浅的倒凹模时可强行脱模。3、注射机的型号和规格注射机为塑料注射成型的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种。如果按照塑料在机筒中的塑化方式分，又可分为柱塞式注射机和螺杆式注射机。注射成型时，注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，有锁模装置和模柄锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。此设计初选用注射机sz-60/40。注塑机规格如（表1）所示sz-60/40型注塑机的主要技术参数螺杆直径30mm最大锁模力400kn理论

5、注射容量60cm3最小模具厚度150mm额定注塑压力180mpa最大模具厚度250mm模板行程250mm顶出力12kn喷嘴球半径10mm定位环直径80mm孔半径4mm深度10mm （表1）4、塑件注射成型工艺条件 采用高密度聚乙烯（hdpe），密度为0.940.96gcm3，收缩率为1.53.6%，宜选用螺杆式注射机，转速为40-80 r/min。注塑压力为80-100 mpa，保压力为50-60mpa。成型时间有注塑时间为1-5秒，保压时间10-30秒，冷却时间为15-25秒，总周期为25-60秒。料筒温度的设计为一区156-160 ，二区170-180 ，三区180-200，模具温度为30

6、-50。二、模具的结构设计 模具结构如（图2）所示： （图2）根据膜片夹片的结果特性与外观要求，模具的结构类型选为三板式双分型面注射模具，采用点浇口，适用于多型腔模具，由图中可见，开模时由于弹簧弹力的作用，定模座板和中间板分开，实现第一次分型。此时浇注系统的凝料受分流道末端的斜孔限制，在浇口处与塑件断开。中间板向右运动一段距离后，受到限位螺钉的限制，不再随动模向右运动，实现中间板与动模的分型。同时由于拉料杆的作用，凝料与定模分离。动模继续向右运动，当模具推板与注射机顶杆相接触后，推杆推动斜滑块，产生竖直和水平方向的位移，使塑件与型腔分离，并顺利脱出。膜片夹片总质量约为2.23g，属于小型模具。

7、由于该模具的结构特殊，型芯与凹模都有位移变化，故不便设置排气槽。三、分析计算1、确定型腔的数目为了使模具与注射机相匹配以提高生产效率和经济效益，并保证塑件的精度，首先必须确定模具型腔数目。由于注塑机的最大注塑量为60 cm3，而塑件体积为2.35 cm3其中 注射机最大注射量，； 浇注系统凝料量，； 单个塑件的容积，；而凝料的容量和最小注射量应不小于注射机额定最大注射量的20%，故型腔数目n=7。生产经验认为，增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低4%。结合考虑塑件的尺寸精度要求，最后定为一模四腔。2、分型面的选择分型面的选择对于塑件质量、模具制造和使用性能均有很大的影响，它决定了模具的结构类型，

8、是模具设计工作中的重要环节。为了保证塑件质量，且便于该制件脱模和简化模具结构，全面综合尺寸精度、推出方式、排气方式及制造工艺等要素，选择模具的两个分型面分别为定模板与中间板之间的表面和型芯与凹模之间的表面。选择该该零件注塑模分型面为零件球体外表面及推出板与定模相交的表面。设计采用单分型面垂直于注射机的开模方向，为了保证塑件的表面质量，把分型面设在塑件的方形环面上。3、型腔的配置成型零部件机构设计主要在保证塑件质量要求的前提下，并便于加工、装配、使用和维修。该模具中型腔的组成部分主要有：凹模（定模板）、推出板、型芯。凹模主要用于成型该零件的外表面，本设计中采用组合式结构；凸模（型芯）主要成型零件

9、的内表面。 为了尽可能地采用平衡进料的型腔布置，设计中的4个型腔采用（图3）方式排列。 （图3）型腔的配置示意图4、浇注系统的设计 浇口数目的确定 浇口是连接流道和型腔之间的一段细短流道，是浇注系统的关键部分，起着调节、控制流料速度、补料时间及防止倒流等作用。浇口的形状、尺寸和进料位置等对塑件成型质量影响很大，塑件上的一些缺陷，如缩孔、缺料、白班、熔接痕、质脆、分解和翘曲等往往是由于浇口设计不合理而产生的，因此正确设计浇口是提高塑件质量的重要环节。浇口设计与塑件性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等因素有关。总的要求是使熔料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭。因

10、此浇口截面要小，长度要短，这样可以增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，从而保证塑件外观质量。塑料制件的重量较轻，型腔采用近似平衡式布置，而且材料pe流动性好，又有较好的注射工艺性。所以为了确保膜片夹片的质量，决定在其长轴方向的中心线的两侧各设置2个，共有4个浇口。 浇注系统断面尺寸 由于注射成型的基本要求是在合适的温度和压力下，使足量的塑料熔体尽快充满型腔。浇注系统的设计是影响顺利脱模的关键因素之一，而浇注系统截面尺寸的计算在设计中最为重要，而且浇注系统的作用是使来自注射喷嘴的塑料熔体平稳而顺利的充模、压实和保压。 所以必须精确计算浇注系统的截面尺寸，以保

11、证注塑成型塑件的质量和精度。本注塑模采用普通流道浇注系统，其主要由主流道、浇口、分流道、冷料穴四部分组成。以下为该浇注系统各部分的设计：主浇道的设计设计主流道为圆锥形，其锥角=，取=。内壁表面粗糙度为ra=0.63；为防止主流道与喷嘴处溢料，主流道对接处应制成半球形凹坑，其半径r2=r1+（12）mm =10+1.5=11.5mm其小端直径d2=d1+（0.51）mm =4+0.5=4.5mm凹坑深取 h = 5 mm ；为了减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=13 mm，取2 mm；在保证塑料良好成型的前提下，主流道l应尽量短。通常由模板厚度确定，一般取l60mm，

12、这里取l=25mm； 主流道衬套选择a型，其大端高出定模面 h=10 mm。主流道形状及其与喷嘴的配合关系如（图4）所示。 1、定模板 2、浇口套 3、注射机喷嘴（图4）冷料穴的设计 聚乙烯的冷却速度慢，因此必须充分冷却，宜设计冷料穴，防止熔体冷料进入型腔。冷料穴设计在主流道的末端。设计成带z行头拉料杆的冷料穴，其底部做成钩形。分流道的设计分流道的截面形状选为圆形，其表面粗糙度为ra=1.25-2.5。由表6-1查得，聚乙烯的分流道直径为1.6-9.5mm。取第一分流道直径=0.5mm，第二分流道直径=0.3mm。 另外，在分流道末端钻一斜孔，开模时可以使浇注系统凝料在浇口处与塑件分开。浇口的

13、设计因为这是多型腔的注射模，为了比较容易平衡进料浇注系统，此设计采用点浇口。浇口采用如图所示结构，其中r1是为了有利于熔体流动而设置的圆弧半径，末端的小凸台可以防止点浇口拉断时损坏塑件表面。 r1约为1.5-3.0 mm，h约为0.7-3.0 mm。 （图5）浇口数目；为了确保膜片夹片的质量，并结合起结构合理性，在其长轴方向的中心线上设置4个浇口进料。5、导向机构的设计导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其它零部件的准确配合，起定向和定位作用。本模具中导向机构由导柱和导套组成，称为导柱导向机构。其基本设计要求是导向精确，定位准确，并且有足够的强度、刚度和耐磨性。导柱导向机构是利用导柱和

14、导套之间的配合来保证模具的配合间隙的。注射模一般采用四导柱模架。导柱既可安装在定模一侧也可安装在动模一侧，但通常导柱设在主型芯的四周，起保护型芯的作用。在注射过程中，导柱可承受一定的侧压力，当熔体产生的侧压力很大时，便不能单靠导柱承担，此时要增设锥面定位装置。由于塑件横向尺寸较小，在注射成型时不会产生很大的侧压力，所以不需要增设锥面定位装置。导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。导柱的长度应比型芯端面的高度高出68mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。导柱和导套应有足够的强度和耐磨度，本模具中采用20低碳钢经渗碳淬火处理，硬度为hrc，也可采

15、用t8或t10碳素工具钢，经淬火处理。导柱和导套配合部分的表面粗糙度要求为ra1.6。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，导套的前端也应倒角。导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，设在定模一侧便于塑件的脱模卸出，可按具体情况确定模具的正反装。本模具中导柱滑动部分的配合精度按h8 / f8，导柱固定部分的配合精度按h8 / s7。除在定模和定模部分设置导柱和导套外，一般还在动模座和顶出板之间设置导柱和导套，以保证推板顺利地实现推出运动。同时，导柱还可起到支撑动模垫板的作用。导柱的直径应根据模具的尺寸来选取，选取时可参考国内外注射模标准模架，采用类比的方法。设计有4根导柱固定在

16、定模座板上，与之对应的设计有4个导向孔贯穿动模板和支撑板上。6、脱模机构的设计 脱模力的计算 脱模力主要是由收缩包紧力造成的制件与型芯的摩擦阻力和由大气造成的阻力，还跟制件的壁薄及几何形状有关。 本塑件的壁厚与直径之比为 属于厚壁制件，则厚壁矩形制件的脱模力为 =51810.96n其中k1无量纲系数，随r和而异；，=2，则 从表8-2查取k1=6.036。无量纲系数，随f和而异；从表8-3查取=1.0017。 s塑料平均成型收缩率，取2.0%； e塑料的弹性模量（查附录2得900mpa）； l制件对型芯的包容长度，l=5.5-1.3=4.2mm； f制件与型芯之间的摩擦因数（查附录2取0.11

17、）； 模具型芯的脱模斜度（取30，tan0.01）； 塑料的泊松比（查附录2取0.38）； a盲孔制品型芯在垂直脱模方向上的投影面积，mm2。 推件板厚度的计算根据刚度计算，推件板的厚度计算公式为t =7.74mm取t=8mm 其中 推件板长度上两推杆的最大距离，取l=50mm； b推件板宽度，取b=150mm； e钢材的弹性模量（e=mpa）； f脱模力； 推件板板中心所允许的最大变形量，一般取制件在被推出方向上的尺寸公差的，取=0.02mm。 推件杆直径的确定 根据压杆的稳定公式，可得推杆直径的公式 =5.8取推杆直径为6mm其中 d推杆的最小直径； k安全系数，取k=1.5； l推杆的长

18、度； f脱模力； n推杆数目，取n=8； e钢材的弹性模量，（e=mpa）； 强度校核：。推杆的材料选用45钢，其许用应力=58mpa，推杆所受应力为 由此可知设计的推杆直径符合工作要求，设计合理。7、排气结构的设计 设计采用的排气方式是通过分型面排气，通过一些活动的机构的运动间隙排气，通过 型芯与模板的配合间隙排气，不用单独设计排气槽。8、确定凹模和型芯的结构和固定方式 成型零部件的设计应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、维修等角度加以考虑，而其最主要的是凹模和型芯尺寸的设计。所谓成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸与高度尺寸

19、，以及中心距等。成型零部件工作尺寸采用平均值的计算方法，并且为了方便脱模，凸、凹模要设置一定的脱模斜度，取凹模型腔的脱模斜度为30。以下均是按照单个塑件的结构，采用平均值法进行凹模和型芯的结构进行的设计及计算： 凹模和型芯的结构类型为了改善加工工艺性，减小热处理变形，节省优质钢材，凹模和型芯均采用组合式结构。 型腔径向尺寸由公式（7-7）计算得其中 塑料的平均收缩率，取2%； 塑件外形基本尺寸； 模具制造公差，取=1/3=0.067mm； 塑件尺寸公差； 型芯径向尺寸由公式（7-9）计算得其中 塑件内形基本尺寸； 模具制造公差，=1/3=0.1mm；塑件尺寸公差； 型腔深度尺寸由公式（7-10

20、）计算得其中 塑件高度尺寸； 模具制造公差，取=1/3=0.067mm；塑件尺寸公差； 型芯高度尺寸由公式（7-13）计算得其中 塑件高度尺寸； 模具制造公差，取=/3=0.1mm；塑件尺寸公差； 中心距尺寸由公式（7-14）计算得其中 塑件中心距； 模具制造公差，查表7-2取= ； 型腔侧壁厚度尺寸该模具采用的是组合式矩形凹模型腔，由公式（7-49）计算得 取s = 4 mm其中 p型腔内压力，一般为2050mpa； h型腔内壁受压高度部分的深度，h=4.2mm； 型腔模具材料的许用应力，mpa，一般中碳钢=160mpa； h型腔外壁高度： 型腔内壁长度； 型腔底板厚度尺寸采用双支脚底板，设

21、支脚间距与型腔长度l相等。对于组合式矩形凹模型腔，由公式（7-61）计算得 取t = 54 mm其中 p型腔内压力，mpa，一般为2050mpa； 支角间距，取mm；b型腔底板的宽度； 型腔底板的总宽度，取mm； 型腔模具材料的许用应力，mpa，一般中碳钢=160mpa；9、冷却系统的分析计算在注射成型中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率，一般模具内温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走实现的。注射成型时模具温度稳定，冷却水速度均衡，可以减小塑件的变形。该塑件壁厚不一致，并且形状较复杂，可能出现因收缩不均而产生翘曲变形的情况。且材料收缩率较大，故需设置冷却系统来保持模具温度的稳

22、定，提高塑件尺寸的精度。本冷却系统中采用水作为冷却介质，其进入模具的温度为18，从管道总流出的温度为23，要保持冷却水在管道内一直处于湍流状态，以增强冷却效果，同时也能减小冷却管直径，减少成本。 数据准备由塑件产品图知，塑件的最大壁厚是3mm，故冷却时间t2应以该厚度为计算依据。查表10-6得，得到塑件冷却时间t2为20s。再加上注塑时间5s，保压时间25s，故塑件的成型周期为=t1+t2+t3 =60 s则每小时注射次数n=3600/60=60，查表10-4得高密度聚乙烯的单位热流量q1=800 kj/kg，一次总注塑量为g= g，考虑到凝料的消耗，取g=12g。由公式（10-18）算得，被

23、pe熔体带如入型腔的总热量为 q = ngq1= 由图中尺寸知，单排模具四侧面积： 分型面面积： 开模率为： 故散热表面积为：设模具的平均温度为，室温，根据公式（10-22），对流散发的热量为：根据公式（10-25），辐射所散发的热量为：其中为辐射率，此处取0.85；根据公式（10-26），注射机工作台所传递的热量为：式中 模具与工作台接触面积，；计算为0.007 传热系数，选用经验值502；根据公式（10-38）得，在单位时间内塑件中由冷却系统带走的热量应为： 应分别由凹模和型芯的冷却回路带走，采用1式10-41的分配方案有：计算凹模冷却回路的有关参数塑料制件与型腔壁温度差的平均值制件与型腔

24、壁温度差的平均值根据公式（10-43），有： 式中：塑件的表面积，此处=0.0016 有效传热率，塑件与模具间的传热系数，可取1549将结果代入上式得：设塑件熔体注入温度型腔壁温度波动的上限型腔壁温度波动的下限所以型腔壁的平均温度由，查图10-5所示曲线，得，即得=62 凹模所需冷却水管直径设冷却水入口温度，冷却水出口温度，所以冷却水平均温度。此时水的比热容，此时水的密度为，根据公式（10-47）得所需冷却水的体积流率为其中 所需冷却水的体积流率； 冷却水出口温度； 冷却水入口温度； 冷却水平均温度时水的密度； c1冷却水平均温度时水的比热容；查表10-1得水管直径d=8mm，冷却水最低流速v

25、=1.66m/s。 热阻计算用公式（10-33）分别计算型腔壁与每一个冷却水管之间的模具热阻，以型腔壁（）为热表面，冷却水管壁（）为冷表面，为模板的热导率，取= ；为模具型腔壁与冷却水管之间的距离。则型腔的热阻为：型芯内的冷却水管，由1式10-35得：故： 冷却水管壁的平均温度根据公式（10-50）得，凹模所需冷却水管回路的总传热面积凹模所需冷却水管的长度 根据模具设计的螺旋式冷却水管，其长度远远大于这个长度，故设计符合要求。雷诺数re值的校核当时，由1图10-8查得水的运动黏度，由上面计算知v=1.66m/s，d=0.008m，根据公式（10-54）有：故水的流动属于稳定湍流，有良好的冷却效

26、果。冷却回路压降计算由模具设计知，凹模的冷却有3条冷却循环回路，有12次90度的转弯，得，再代入其他数据到公式（10-55）得： 其中 水在时的密度； 冷却回路因改变方向引起局部阻力的当量长度。10、校核设计参数注射量的校核 在模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的质量在注射机额定注射量的80%以内。在一个注射成型周期内需注射的塑料熔体的质量为塑件的质量和浇注系统质量的总和，即 m=由前面计算得单个塑件重量为2.23g，浇注系统的质量为2g，则每次注射所需塑料质量为（按一模4腔计算） m=注射机的最大注射量为所以注射量能满足要求。锁模力的校核为了保证在注射成型时不致因锁模

27、不紧而发生溢聊、跑料现象，因此在当高温的塑料熔体充满时产生的沿注射机轴向的很大的推力应小于注射机的额定锁模力，所以要对锁模力进行校核计算。锁模力可按下式校核 式中 注射压力； 塑件在分型面上的投影面积，； 浇注系统在分型面上的投影面积，； f注射机额定锁模力；a=p均=14mpat推 t推=a p均 已知注射机的最大锁模力为400kn，故选用的注塑机是合适的。注射压力的校核 注射机的最大注射压力应大于塑件成型所许的压力，即应满足下式式中 注射机最大注射压力，此处； 塑件成型所需的注射压力；根据以上的数据，可估算型腔压力为故也能满足高密度聚乙烯塑料成型的注塑压力要求。模具厚度与注射机闭合高度的关

28、系校核模具的闭合高度应在注射机最大与最小闭合高度之间，按下式式中 注射机允许的最小模厚（150mm）； 注射机允许的最大模厚（250mm）；查设计手册，依据gb/t12556.1-90塑料注射模中小型模架及技术条件，选择模架系列为（bxl）250mmx250mm，闭合高度为300mm，其他尺寸查设计手册。注射机开模行程校核模具开模后为了便于取出塑件，要求有足够的开模距离，而注射机的开模行程是有限的，因此模具设计时必须进行注射机开模行程校核。对于不同型式的锁模机构的注射机，其最大开模行程与模具厚度有关，有的与模具厚度无关。该模具中选择的注射机其最大行程与模具厚度无关，且模具为单分型面注射模。所以注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件所需的开模距离，即满足下式：