塑料模具设计课程设计

1、课 程 设 计 课程名称 模具设计课程设计 题目名称 _ 塑料模具设计 学生学院 材料与能源学院_ 专业班级 _ 材加（1）班 _ 学 号 _ 学生姓名 _ *_ 指导教师 _ 陈 璞 _ 2011 年 6 月 18 日广东工业大学课程设计任务书题目名称模具设计课程设计学生学院材料与能源学院专业班级材料成型及控制工程姓 名*学 号一、课程设计的内容塑料成型工艺与模具设计课程设计的设计时间为2周（2学分）。课程设计的主要内容是根据任务书指定的塑料制品，测绘并画出其零件图，分析该制品成型工艺性，设计注射成型该产品的模具，根据制品的要求及所设计的模具尺寸等选择成型注射机，撰写设计说明书。具体工作量按

2、第三点执行。二、课程设计的要求与数据1 在规定时间内独立完成自己的设计任务； 2 及时了解有关资料，作好准备工作，充分发挥自己的创造性；3 要求计算准确，结构合理，图面整洁，图样和标注符合国家标准；4 设计说明书要求表达清楚，句子流畅，书写工整，插图清晰整齐。三、课程设计应完成的工作1对任务书指定的塑料零件进行工艺分析及工艺计算。并确定模具结构。2根据模具的结构和尺寸选择使用的注射机型号；3设计指定塑件的注射成型模具，计算各成型零件工作尺寸；4绘制所设计模具的装配图和主要零件图，零件图由指导老师指定；5编写设计计算说明书，用本校设计说明书专用纸书写(约20页)并装订成册。 四、课程设计进程安排

3、序号设计各阶段内容地点起止日期11.布置塑料成型模具设计任务2.了解设计目的，任务要求，进度安排，准备设计资料及设计用工具。3.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。6月28日2设计塑料模具结构。包括浇注系统设计、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。6月29日3绘制模具装配图正式图（手工绘图）。6.307.14绘制塑料模具零件图，包括模具型腔等成型零件。7月2日5绘制塑料模具其他零件图，包括上下模板、导柱、导套等其他零件。7月5日6撰写塑料模具课程设计说明书。7月6日77月7日下午开始答辩。答辩后修改。7月78日8评定成绩7月9日五、应收集的资料及主要

4、参考文献1黄锐塑料成型工艺学北京：轻工业出版社2齐晓杰塑料成型工艺及模具设计北京：机械工业出版社3塑料模设计手册编写组塑料模设计手册北京：机械工业出版社4冯炳尧等模具设计与制造简明手册上海：上海科学技术出版社5罗河胜塑料材料手册广东：广东科技出版社发出任务书日期： 2010年 6 月 28日 指导教师签名：计划完成日期： 2010年 7月 9日 基层教学单位责任人签章：主管院长签章： 目录一、塑料零件图及说明、要求 5二、塑件的工艺分析 51.塑件材料分析 52.成型特性及条件 53.结构工艺性 54.注射成型工艺参数 6 5.塑件的表面质量分析 6 三、初选压力机 6四、注射模结构设计 7

5、1.模具型腔排列方式的确定 72.模具分型面的选择 83.注射模浇注系统设计 94.选择推出机构 115.推出机构导向 116.合模导向机构 127.排气机构 128.温控系统的计算 129.标准模架的选择 1210.模具材料 1311.注射机有关参数的校核和最终选择 13五、有关模具工作部分设计及计算 141.型腔与型芯的设计 142.抽芯结构的设计计算 153.成型零部件的尺寸计算 164.其他零件的设计计算 16六、冷却系统设计 17七、设计小结 18八、参考文献 19一、塑料零件图及说明、要求二、塑件的工艺分析 三、初选注射成型机的型号和规格四、注射模结构设计1.模具型腔排列方式的确定

6、2.模具分型面的选择3、注射模浇注系统设计4.选择推出机构5.顶出机构的导向6.合模导向机构7.排气机构8.温控系统的计算9、标准模架的选择10.模具材料11、注射机有关参数的校核和最终选择五、有关模具工作部分设计及计算1.型腔与型芯的设计：2、抽芯结构的设计计算3、成型零部件的尺寸计算：4、其他零件的设计计算六、冷却系统设计七、设计小结八、参考文献一、塑料零件图及说明、要求该塑料产品为结构件。材料为PVC，壁厚均匀，为2.5mm，精度等级为8级精度，制品要求外观表面光泽、无杂色，生产批量中等。零件图如下： 图一 塑件图二、塑件的工艺分析1、塑件材料分析: PVC为热塑性材料，密度为1.351

7、.45gcm3，抗拉强度3550MPa，抗弯强度90MPa，收缩率为0.61.0，常取0.8%，拉伸弹性模量为2.44.2*103。该材料力学性能好，电性能优良，耐酸碱度高，尺寸稳定，易于成型，化学定性好，但软垫较低。2、 成型特性及条件： 1） 无定形料，吸湿性小，流动性差，为了提高流动性，防止发生气泡，塑料可预先干燥。成型时宜用高压注射，模具浇注系统宜粗短，浇口面积宜大，不得有死角，模具需冷却，表面渡烙；2） 极易分解，在200C温度下与钢，铜接触更易分解，分解时溢出腐蚀、刺激性气体，成型温度范围小；3） 采用螺杆式注射机及直通式喷嘴时，孔径宜大，以防死角滞料；3、 结构工艺性：零件壁厚基

8、本均匀，所有壁厚均大于塑件的最小壁厚0.8mm，注射时不会发生填充不满现象；盖塑件在垂直的两个方向上都有孔，注射模应具有侧抽芯机构,一模两件，采用重叠浇口。4、注射成型工艺参数（见表236，塑料模具设计资料，第33页）注射成型工艺参数注射机类型 螺杆式预热和干燥 7080摄氏度，34小时料筒温度 后段：160170； 中段：165180； 前段：170190；喷嘴温度 150170注射压力 80130MPa 模具温度 3060 成型时间 高压时间：05s； 保压时间：1560s； 冷却时间：1560s； 成型周期： 40140s；螺杆转速 28rmin料斗干燥 空气循环干燥箱干燥5、塑件的表面

9、质量分析：塑件为结构件，在使用上只要求一般的配合精度，但是表面精度要求高，外表面粗糙度等级1.6级，故比较难实现。由以上分析可见，该零件结构属于简单构件,结构工艺性合理,不需要对制件的结构进行修改。塑件的尺寸精度要求不高,对应的模具零件的尺寸加工容易保证。注射时,在工艺参数控制得较好的情况下,制件的成型要求可以得到保证。6、零件体积估算： 计算塑件的体积是为了选用注射机及确定型腔数。单个塑件的体积V=7.5 cm3 m=7.5x1.4=10.5g两个塑件与浇注系统凝料总体积,考虑其浇注系统料多，则 V=7.5x5=37.5 cm3 总质量m=52.5g三、初选注射成型机的型号和规格由公式41

10、（塑料成型工艺与模具设计，第107页）可得注射机最大注射量46.88cm3投影面积Az3.146253.14400+355+59441.6mm24.4cm2浇注系统面积 Aj=8（22.5+60）=660mm2=6.6cm2锁模力 FP（nAz + Aj）138.6 kN。查表240（塑料模具设计资料，第48页）,选择SZ60/40的注射机。SZ-500/200参数如下：额定注射量：60cm3锁模力：400kN螺杆直径：30mm公称注射压力：180Mpa 最大注射面积：100mm柱杆内距离：（mmmm）定位圈尺寸：55mm喷嘴圆弧半径：R12mm喷嘴孔直径：4mm喷嘴移动距离：120 mm模板

11、行程：250mm模具最大厚度：250mm模具最小厚度：150mm模板最大开距：380 mm顶出行程：70mm顶出力：12kN注射机顶杆直径：16mm四、注射模结构设计1、模具型腔排列方式的确定确定模具型腔的方法有：根据锁模力确定；根据最大注射量确定；根据塑料件精度确定和经济性确定。本零件主要从经济性确定。试制或小批量时，宜取单型腔或少型腔，大批量时采用多型腔。而根据材料的尺寸及成型性能要求，本模具采用一模两腔，即一次注射成型两个塑料制件。当所有的型腔不在同一个时间注满时，是得不到尺寸正确和无力性能良好的塑料件的。为此，必须对浇注系统进行平衡，采用如下图所示的型腔分布，使所有的型腔在同一时刻充满

12、。该平衡浇注系统的特点是：从分流道到浇口及型腔，其形状、长度尺寸、圆角、模壁的冷却条件都完全相同。两塑件的型腔做成整体嵌入式，对称分别在定模板上，如下图示：图二：型腔排布图2、模具分型面的选择 经分析，该零件成型时必须采用侧抽芯，可能适合的模具结构有两种，即单分型面注射模和双分型面注射模。 方案一 单分型面注射模：型腔在定模上，主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模时塑件连同流道内的凝料一起留在动模一侧。动模上有顶出机构，用以顶出塑件和流道内的凝料。可能的浇口形式有：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、重叠式浇口。该类裤脚采用的侧抽芯机构，一般是斜导柱抽芯机构、斜滑块抽芯机构、弯销抽芯机构和斜导

13、槽抽芯机构。 方案二 双分型面注射模：它从不同的分型面分别取出流道内的冷凝料和塑件，又称三极式注射模。与单分型面注射模相比，三极式注射模增加了一个可移动中间板，适用于采用点浇口进料的单型腔和多型腔模具，在开模时由于定距板的限制，中间板与定模板作为定距离的分开，以便取出这两块板之间流道内的凝料，而利用推板或推杆将型芯上的塑件脱出。适合的浇口形式有：点浇口、直接浇口、侧浇口、重叠浇口等。该类模具采用的侧抽芯机构一般是斜导柱在动模，滑块在定模，或斜导柱和滑块均在定模的斜导柱抽芯机构。脱模时还必须有顺序脱模，模具结构复杂。 该制件为机构件； 要求外表光滑，无痕迹。可选用的浇口形式有重叠式浇口、侧浇口和

14、潜伏式浇口，其中潜伏式浇口去除浇口留下的痕迹可选在加强肋上，对塑件外观无任何影响，但浇口的制造较为复杂；由于塑件材料流动性差，用点浇口会出现浇不满的现象，且必须采用结构复杂的三板模；重叠式浇口制造最为简单，去除浇口留下的痕迹不影响到塑件的外观。综上，选择但分型面注射模，重叠式浇口，采用斜滑块抽芯机构，推杆、推管一次顶出。图三：分型面3、注射模浇注系统设计 浇注系统一般有主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成，其作用是将来自注射机喷嘴的塑料熔体，稳定而顺序地流入并充满全部型腔，同时，在充模的过程中将注射压力传递到型腔的各个部位，以保证塑件完整成型。主流道的设计 根据设计手册查的得SZ-60/40

15、型注射机喷嘴的有关尺寸为：喷嘴前端孔径d1=4mm喷嘴后端球面半径R1=12mm根据模具主流道球面半径R=R1+（12）mm及小端直径d=d1+(0.51)mm，并结合浇口套的标准，故取 主流道球面半径R=13mm小端面直径d=4.5mm为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为：13。经换算得主流道大端直径D=8mm。图四：浇口套分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，在多型腔模具中，一般距设置分流道。分流道的形状及尺寸，应根据制件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度、成型工艺条件等因素来确定。塑件的形状简单，溶料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知，

16、分流道的长度较长，为了便于制造，本模具分流道为半圆形，只设在定模一侧，分流道直径为d=8mm，高度h=4mm 长度l=82.5mm。浇口设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用重叠浇口较为理想，设计时考虑从塑件顶部侧向单边进料，而且模具结构采用镶拼式型芯，有利于填充排气。初选尺寸为： 2mm2mm2mm(brh),试模时修正。图五：浇口冷料穴的设计冷料穴设置在主流道的末端，采用Z形的拉料穴和拉料杆。4、选择推出机构 根据模具的结构，该模具选用推管和推杆复合的推出机构。推杆数量及结构形式：根据推杆布置许可空间，每个滑块设2推杆，共8根；每个推管设置3根推杆，共6根；杆直径d=5。5、顶出机构

17、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。顶出机构的导向装置可选用顶板导柱和导套导向（四套，对称布置）。图七：推板导柱和导套6、合模导向机构为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱和导套定位，初定采用倒装式带头导柱，导套采用带头的形式。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。为了确保动模和定模只能按一个方向合模，导柱的布置方式采用等直径导柱的不对称布置方式。 图八 合模导向机构7、排气机构该塑件为小型零件，一模两腔，排除的气体量比较少，所以利用分模面及推管之间的缝

18、隙排气即可，不必单独考虑排气系统。8、温控系统的计算因塑料的加热温度对塑件的质量影响很大，温度过高极易分解，故该塑件在注射成型时，需要设置要温控系统，查塑料模具设计资料表236，模具温度应在5080C之间，因而主要是塑件的冷却。塑件表面积较小，而且滑块是活动的，所以重点是冷却型腔。故定在型腔的顶侧设置冷却水管冷却。 9、标准模架的选择初选标准模架根据凹模镶快的外形尺寸、型腔的排列方式，初选模架为：A2-20GB/T12556.1-1990,LB为200为250160（mmmm）。模架规格设计选定如下： 考虑塑件的高度为42mm，型腔设计在斜滑块A上，于是A值由此确定取为55mm，动模板厚度取5

19、5mm，动模支承板厚度为15mm，垫块厚度取63mm; 之前确定，用推杆和推管顶出制件；确定闭模高度由以上的设计各模板厚度的选定，模具厚度M（2025+55201563+20）mm=218mm。10、模具材料 型芯型腔的、镶块等分标准模具零件材料为T8A、T10A、Cr12、Cr12MoV,淬火加低温回火硬度=55HRC； 各种模板、垫块、固定板、支撑块、压块、挡块等材料选45钢，热处理后硬度=200HBS；或材料Q235、Q275钢，正火。11、注射机有关参数的校核和最终选择注射量的校核由冷料穴以及浇流道的大概体积为10.5cm3，则可大致确定一个成型周期内塑料的总体积为V=nVz+Vj=7

20、.52+10.5=20.5cm3左右。而注射量应满足：V=nVz+Vj0.8Vg由此可得，V=20.5cm30.8Vg=48cm3，满足要求。锁模力的校核锁模力应满足：FFz=p(nAs+Aj)所以 F=400KN300.3(6.6+4.4)=138.6KN ，满足要求。模具闭合高度的校核安装模具的厚度应满足： Hmin10mmHHmax5mm设计模具厚度H总=218mmSZ-60/40型，最大装模高度Hmax=250mm，最小装模高度Hmin=150mmH总=218mm，满足模具厚度安装要求。模具开模行程校核模具开模行程应满足：SmSz其中：Sz为最大开模行程，查注射机SZ-60/40型Sz

21、=380mm，Sm为模具的开模行程；因为 Sm=H1+H2+(510)mm=70mm所以 SmSz ，SZ-60/40满足其开模行程。模具安装部分的校核该模具的外形尺寸为160mm250mm ，SZ-60/40型注射机模板最大安装尺寸为220mm300mm，故能满足模具安装要求。注射机压力的校核注射机压力应满足：P机P塑 P机注射机的最大注射压力，Mpa或N/ cm3P塑成型塑件所需的注射压力，Mpa或N/ cm3该注射产品说需要的注射压力为80110MPa，属于中型塑件，取 100Mpa，SZ-60/40注射机的最大注射压力P机=180Mpa，可见SZ-60/40注射机满足塑件注射压力的要求

22、。综合验证，SZ-500/200型注射机完全能满足此模具的注射要求。五、有关模具工作部分设计及计算1、型腔与型芯的设计：该制件采用一模两腔的结构形式，考虑加工的难易程度、材料的价值和利用率等因素，用斜滑块作凹模，根据分流道与浇口的设计要求，分流道和浇口均设在定模板上。凹模采用整体式的结构形式，螺钉和销钉固定。型芯采用镶拼式的结构形式，台阶固定，使型芯在开模过程中不至于粘在定模上面。型芯镶块和凹模镶块如下图所示：图九：型芯镶块结构简图2、抽芯结构的设计计算由于该塑件有侧向抽芯，前面已经确定侧抽芯机构为斜滑块抽芯机构。（1）抽芯距的计算抽芯距通常比侧孔或侧凹大2-3mm，这里S=2+5=7.5 m

23、m（2）斜滑块的倾斜角斜滑块的倾斜角通常取15-20，一般不大于25。考虑抽芯距不大，这里取15。（3）最小的开模行程和斜滑块工作部分长度最小开模行程：H=Scot=7.5*cot15=27.98mm，考虑到塑件夹紧型芯的高度，取H=32mm。（4）滑块的设计1）滑块与采用整体式结构，2）滑块的导滑形式：该模具采用整体导滑槽形式，导滑槽为“T”形，开设在动模固定板上，滑块与导滑槽之间的导滑部分采用H7/f7或者H7/h8的间隙配合。3）为了保证再次合模时斜导柱能够准确地插入斜滑块中，抽芯动作完成后斜滑块必须有准确的位置，该模具拟采用挡块定位形式。 3、成型零部件的尺寸计算：由塑料模具设计资料表

24、216查得PA66的平均收缩率为S=1.5%。塑件要求的公差等级为8级，一般模具工作部分的精度要比塑件高12级，故取工作部分的公差等级为7级。根据对塑件尺寸公差分析，修正系数取3/4,模具的制造公差取z=/3。成型零件各部分尺寸计算如下：查表可得：塑料平均成型收缩率 S=1.5%；（1）型腔径向尺寸：=24.480+0.32（查塑料模具设计资料表217,第18页,下面各个查同上。A2M+=(1+S)AS-+z=17.540+0.27（2）型腔成型部分的深度：H1+=(1+S)HS-+z=29.60+0.32（3）型芯的径向尺寸：B1-(1+S)BS+-=20.820-0.29B2-(1+S)B

25、S+-=5.460-0.19B3-(1+S)BS+-=13.640-0.24（4）型芯成型部分的高度：h1-(1+S)hS+-=30.880-0.32h1-(1+S)hS+-=2.840-0.16由以上计算，相比之前初选的模架各零件的尺寸均满足塑件的生产要求。4、其他零件的设计计算：1）脱模力的计算:由塑料成型工艺与模具设计P161公式459可得脱模力 Q=lhp2(f2cos-sin)式中： S塑料平均成型收缩率，由前面已知S=0.8%； l塑件对型芯的包容长度，由塑件高度可知30mm;塑件与型芯之间的静摩擦系数，常取为0.10.2，这里取0.15是模具型芯的脱模斜度，查塑料模具设计资料第1

26、9页表2-19可知型芯脱模斜度为，现取=30。 把以上代入公式，可求得 F6.88KN12KN。2）推杆强度校核推杆材料为T10A，查冲压工艺及模具设计课程设计指导书第76页附录6可知其拉伸许用强度为。 =46.88/(143.1425)=0.025MPa 安全。六、冷却系统设计：1、冷却系统设计原则1）、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡2）、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。3）、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。4）、浇口处加强冷却。5）、应降低进水与出水的温差。6）、合理选择冷却水道的形式。7）、合理确定冷却水管接头位置。8）、冷却系统的水道尽量避免与模具

27、上其他机构发生干涉现象。9）、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。2、综合设计冷却水道：1）冷却水管直径 8mm2）冷却回路的形式 型腔采用直通式循环回路冷却。七、设计小结 通过十几天的辛苦奋斗，终于完成了这次的课程设计。 通过这次课程设计，把先修课程（机械制图，机械制造，机械设计，塑料成型工艺学，模具材料与热处理）中所学到的理论知识在实际的设计工作中综合地加以运用。使这些知识得到巩固发展，初步培养了我冷冲压模具设计的独立工作打下良好基础，树立正确的设计思路。刚开始做课程设计的时候，我有种无从下手的感觉！通过不断翻书和同学讨论过程中，不断认识到零件的结构以及模具的构造。在这短短的十几天里，从白纸到完成模具总装图，零件图，设计说明书。学到很多原本学到的但不是很懂的知识，了解了一些设计的原理和过程。例如，塑料裁模具设计一般步骤：（1）、塑件的工艺分析 （2）、初选压力机（3）、注射模结构设计 （4）、有关模具工作部分设计及计算（5）、冷却系统设计 还有更多的知识，在这里不做过多的叙述。本次课程设计，不仅培养了我们正确的设计思想；同时也让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，锻炼了我们综合运用知识的能力。通过翻查和阅读各种技术资料及手册，我不仅学会思考和探讨模具设计领域的各种问题，而且学会了对零件进行全面的分析。虽然在设计过程中遇到很多问题与