衬套注塑模具设计说明书

1、南京农业大学工学院课程设计课题名称： 塑料模塑成型技术题目名称：衬套注塑模具设计专业班级：材料成型及控制工程 04班学号：学生姓名：指导教师：聂信天 夏荣霞 史立新 徐秀英2013年10月28日i目录一. 塑件成型工艺性分析3.1.1塑件的分析31.2 PP的性能分析31 .3 PP的注射成型过程及工艺参数 3二. 拟定模具的结构形式42.1 分型面位置的确定 42.2 确定型腔数量和排列方式 42.3注塑机型号的确定 4三. 浇注系统的确定 63.1 主流道设计 63.2浇口的设计7四. 成型零件的结构设计和计算 94.1成型零件的机构设计.94.2成型零件的钢材选用 94.3成型零件工作尺

2、寸的计算94.4模架的确定和标准件的选用11五. 脱模推出机构设计 11六. 模架的确定13七排气槽的设计14八冷却系统的设计 41九导向和定位结构的设计 错误!未定义书签。十总装图错误!未定义书签。总结18参考文献18.塑件成型工艺性分析1.1.塑件的分析(1) 外形尺寸：壁厚6mm结构对称，适合注射成型。(2) 精度等级：MT5,查表确定每个尺寸的公差。(3) 脱模斜度：PP为无定型塑料，流动性好，选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为45分。(4) 圆角过渡：半径1.5mm.1.2.PP的性能分析(1) 使用性能：密度小，强度高耐热性均优于聚乙烯，可在100° C左右使用，具有

3、优良的耐腐蚀性高频绝缘性，不受湿度影响，(2) 但低温时变脆，不耐磨，易老化。(3) 成型性能：1.结晶料，吸湿性小，易发生熔体破裂，长期与热金属接触易分解。2.流动性好，但收缩范围和收缩大，易发 生缩孔，凹痕，变形。3.冷却速度快，浇注系统和冷却 系统应缓慢散热。4.塑料壁厚需均匀，避免缺口，尖角。5.PP的主要性能指标密度/ g/cm30.90.91比容/ cm3/g1.101.11吸水率/( 24h) %0.01'0.03收缩率/%1.0 2.5熔点/ ° c170-176抗拉屈服强度37MPA弯曲强度68MPA冲击强度78MPA(4)(5)(6)(7)1.3. PP的

4、注射成型过程及工艺参数(1) PP的吸湿性很小，因此在成型前一般不需要干燥处理。PP分子结构中 含椒碳原子，故抗氧化能力很低，在塑化时应加入抗氧化剂。塑件在注塑机料筒内进过加热，塑化达到流动后由模具的浇注系统进入模具型腔，分为冲 模，压实，保压，倒流，冷却五个阶段。尽量缩短保压时间。(2) 注塑工艺参。1) 注塑机：螺杆式，转数 48r/min.预热和干燥:80100 ° C/h2) 料筒温度(° C);后段160180 中段180200 前段2002203) 喷嘴温度(° C)： 1701904) 模具温度(° C) 80905)注射压力(MPa ：7

5、01006) 成型时间(s):高压：03 保压：2060 冷却：2090.拟定模具的结构形式2.1. 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应该选在端盖截面积最大且有利于开模取 出 塑 件 的 低 平 面 处2.2 .确定型腔数量和排列方式(1) 数量：由于塑件精度为 MT5且尺寸较大，利用一模两腔的形式。(2) 模具结构形式的确定：模具设计为一模两腔，直线对称分布，推出机构采 用推杆推出，浇口采用侧浇口且在最高处选用单分型面注射模。2.3. 注塑机型号的确定(1) 注射量的计算 通过计算得塑件体积：V塑 =43cm3 3塑件质量：m塑V塑43 0.90 38.7 g(2) 浇注系统

6、凝料体积的初步估算凝料的体积按塑件体积的0.21倍来估算，由于采用简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.4倍来估算。V总 V塑(1 0.4) * 2 120.4cm3(3) .选择注射机根据第二步计算得出注入模具型腔的塑料总质量为120.4 cm3,则有V总 /0.8 120.4/0.8cm3 150.5 cm35根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值可选用SZ-160/1000卧式注6#射机理论注射量/cm3160螺杆直径/ mm 40注射压力/MPa 150最小模厚/mm 200 定位孔直径/mm125 喷嘴半径球/mm12_锁模方式/双曲肘（4）注射机有关参数的校核锁模力/

7、KN 1000最大模厚/ mm 300移模行程/mm 325 螺杆转速 0200r/mm喷嘴孔直径/mm3#1）注射压力校核PP所需注射压力为70-100MPa取P。80，该注射机的公称注射压力#取 K11.3P公 100， 注射压力安全系数 1.25-1.4心？巳1.3 100 130 150，所以注射机压力合格。2）锁模力校核塑件在分型面上的投影面积A塑-（52）2 （18）2 6 52 1556.3mm2。塑44浇注系统在分型面上的投影面积 a浇即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投 影面积A浇数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型 面上的投影面积A塑的0.20.5倍

8、。由于本流道设计简单，分流道相对较短，因 此流道凝料投影面积可以适当取小一些。这里取a浇0.2 a塑塑件和浇注系统在分型面上的总的投影面积a总，则2A总 n（ a塑 A浇）2 1.2 A塑 2 1.2 1556.3 3735.12mm模具在型腔内的胀形力F胀 A总P模 3735.12 35N130.73KN .查表可得注塑机的公称锁模力F锁1000N，锁模安全系数为k=1.11.2，这里取k=1.2,则kF胀1.2F胀1.2 130.73156.875 F锁，所以注塑机锁模力合格.浇注系统的设计3.1主流道设计主流道位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机喷嘴注射处的熔体导入型腔中，主流道的形

9、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（1）主流道尺寸设计1）主流道的长度：小模具L主应尽量小于60mm本设计中初取50mm.2）主流道小端直径：4=注塑机喷嘴尺寸+（ 0.51）mm=3+0.5=3.5mm.3）主流道大端直径：d,=d+2L主 tan 10.5mm式中 44 ）主流道球面半径：SR0注塑机喷嘴球头半径+（ 12）mm=14mm.5 ）球面的配合高度：h=3mm.（2）主流道的凝料体积2.08cm3223.14223V主 -L主（R主 r主 r主R主）50 （5.251.755.25 1.75） 2083.52mm33（3） 主流道当量半径：Rn 1.75 5

10、.25 3.5mm。2（4）主流道浇口套的形式：主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触属易损性， 对材料要求严格，因 而模具主流道部分常设计可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套， 以便常用碳素 工具如T8A, T10A等，热处理硬度为50HRC-55HRC如图示3.2分流道设计（1）分流道的布置形式在设计时应考虑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，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡， 因此采用平衡式分流道。（2） 分流道的长度由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，股设计时可适当选小一些。单边分流道长度L分取35mm（3） 分流道的当量半

11、径因为该塑件的质量 m塑33.8 200g，所以分流道的当量半径为D分0.2654 m塑4 L分0.2654 . 33.8 4 35 3.75mm（4） 分流道截面形状常用的分流道截面形状为圆形。（5） 凝料体积V分 L分A分 703浇口直径 d nk4 A 0.7 0.260 4 8103.51.73mm。其中对于 PP, n 取 0.7，k 0.206 . t 0.2061.6 0.260，其中 t=1.6s。 1978.2mm3（6） 校核剪切速率q分 V分 V塑 1.9782 37.606 24.74cm3/s分t1.6剪切速率为分 竺3分3.3 24.74 3 3.89 103s-1

12、该分流道的剪切R分 c 一 3.753.142速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5 102 5 103之间，所以，分流道熔体的剪切速率合格。（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 1.252.5 m即可，此处取Ra 1.6 m。另外，其脱模斜度 一般在5 10之间，这里取8 。3.3浇口的设计浇口截面积通常为分流道截面积的 0.07-0.09倍，浇口截面积形状多为矩 形和圆形两种，浇口长度为 0.5-2m m。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其 下限值，然后在试模时逐渐修正。由于该塑件的表面质量要求较高，且成直线对称分布，所以采用一模两腔的 模具

13、形式，采用潜伏式浇口，这样有利于熔料的流动和充型。（2）校核浇口的剪切速率1）确定注射时间t=1.6s2）计算浇口的体积流量37.6061.623.5cm3 /s3）计算浇口的剪切速率3.3 23.53.3q 浇3.1431.733.82 104s1该潜伏式浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5 103 5 104s 1之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。3.4校核主流道的剪切速率1 ）确定注射时间t=1.6s2 ）计算 主 流 道 的 体 积V主V分nV塑t2.081.97822 37.6061.6349.54测 /S可得剪切速率r主3.3q 分3.3 49.54131T37s1.2

14、1 103s 1。该数据在5 102 5 103s 1之间，所以主流道内熔体的剪切速率合格3.5冷料穴的设计与计算冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是收集熔体前锋的冷 料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用推杆顶出塑件，故采 用“Z”字头拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对“ Z”字头的 包紧力使凝料从主流道中脱出。四.成型零件的结构设计和计算4.1. 成型零件的机构设计（1）凹模的结构设计。凹模是成型制品外表面的成型零件。 其结构可分整体式、 整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。这里采用组合式。（2）凸模的结构设计。凸模是成

15、型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组 合式两种类型。这里采用组合式型芯。4.2. 成型零件钢材选用对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的强度、刚度、耐磨性及良 好的抗疲劳性，还考虑它的机械加工性能和抛光性能。该塑件是大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用 P20。成型塑件型芯，由于脱模时与塑件的磨 损严重，因此钢材也选用 Cr12MoV。43成型零件工作尺寸的计算采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸， 塑件尺寸公差安塑件零件图给定 的公差计算。（1）凹模径向尺寸计算塑件外部径向尺寸的转换Lsi =46°o.64mm10.64mm； L s2 = 4800.64

16、mm20.64mm根据公式：Lm1=(1+Scp )L s1 -3/4 1 0 Z1 计算可得：z /3Lm1=( 1+0.02)46-0.75 0.4。'46.44。0。6 mmL M 2 = (1 0.02) 48 0.75 0.448.4800.36mm其中平均收缩率Sp 0-00.020.02(2) 凹模深度尺寸计算根据公式：Hm1=(1+Scp)Hs1-X1 1 0 Z1 计算可得;H s1 = 3400.56 mm 1 0.56；H s2 =1300.32mm2 0.32H M 1 =(1+0.02) 34-0.75 0.56 00。187 =34.2600.187 mmH

17、M2=13.0200.107 mm(3) 型芯径向尺寸计算1) 动模型芯径向尺寸计算L s1 = 3400.56mm s1 0.56mm根据公式： l s1=(1+S cp )l s1+X 1 1 0Z1 计算可得；0 0 0L M1 =(1+S cp )l s1+X 1 1 0 Z1 =(1+0.02) 34+0.75 0.36 00.187 =35.1 00.187 mm2) 动模型芯内孔尺寸计算L s2 =1800.38 mms1 0.38mm ，LM2 (1 SCP)ls2 x2 2 0s2 (1 0.02) 18 0.75 0.38 00.04 18.64500.127 mm3) 定

18、模型芯尺寸计算LS3 4600.64mm ， s3 0.64 ，0 0 0LM 3 (1 SCP )LS3 x3 s3 z3 (1 0.02) 46 0.75 0.4 0.067 47.4 0.213 mm4) 定模型腔尺寸计算LS4 4600.64 mms4 0.64LS5052 0.74mms40.7400.2130LM 4 (1SCP )LS4x4s4 0 z4 (10.02)460.75 0.4 046.44 0.213mmLM5 (1SCP ) LS5x5s50 z5 (10.02)520.75 0.74 00.27452.48500.274mm(4) 型芯高度尺寸计算1)成型塑件内

19、腔大型芯高度hs1 5000.64 ， s1 0.64mm根据公式： h M1 =(1+S cp )h s1 +X 1 1 0Z1 计算可得；00hm1 (1 0.02) 50 0.67 0.64 0.213 51.210 0.213 mm2)成型塑件中心圆筒的型芯高度计算hs2 =400.24mm ， x2 0.2400hm2 (1 0.02) 4 0.67 0.24 0.213 4.2400.08mm4.4. 模架的确定和标准件的选用模架尺寸确定后， 对模具有关零件要进行必要的强度或刚度的计算， 以 校核所选模架是否适当，尤其对大型模具，模架选用 A2 型。由前面型腔的布局以及相互的位置尺

20、寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用模架尺寸为400x400mm勺标准模架，可符合要求。模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉，模具外表尽量不要有突出部分， 模具外表面应光洁，加涂防锈油。两模板之间应用分模间隙，即在装配，调试， 维修过程中，可以方便地分开两块模板。1 定模座板(400mrtK 400mm厚20mm材料为45钢.通过8个M10的 内角圆柱螺钉与定模板连接，定模座板与浇口套为 H8/f8 配合。2. 定模板(上型芯固定板)(400mrK 400mm厚15mr)i固定板应有一定的厚 度,并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成，最好用调质230HB-270HB其上的导套孔与导套

21、一端采用 H7/k6配合，另一端采用H7/e7,定模板与 浇口套采用 H8/m6 配合，定模板与圆筒型芯为 H7/m6 配合。3. 垫块(67mrK 400mm 厚 100mm1.)主要作用 在动模座板与支撑板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。2.i 结构形式 可以是平行垫块或拐角垫块，该模具采用平行垫块。3.)垫块材料垫块材料为Q235A也可用HT20Q球墨铸铁等，该模具垫 块采用 Q235A 制造。4. )动模座板(250mrK 355mm 厚 24mr)i材料为45钢，注射机顶杆孔为mm其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6 配合。5. )推

22、杆固定板(200mm< 355mm 厚 17mr)i材料为 45 钢，其上的推板导套孔与推板导套采用 H7/f6 配合。五.脱模推出机构设计本塑件结构简单，可采用推件板推出、推杆推出或两者综合推出方式，要根据脱 模力计算来决定。5.1.脱模力的计算(1)圆柱大型芯脱模力其脱模力为r因为入=-=17/1.6=11 10,所以视为薄壁圆筒塑件,_1.25KfcaE(Tf Tj)AcF c=2(dk 2t)dk2 2(dk 2t)dk其中：K=fccos sin=°.45cos1sin1=0432497 =0.9536f c(1 fc sin cos )0.45(1 0.45 sin

23、1 cos1 )0.453533为脱模斜度，为1dk=d=2rA，=2 n rh可以得出444.5278218c1531.25 0.9536 0.45 8.5 101.8 10 (10050) 2 3.14 3 5.752 2(6 6)32 2(6 6)3=299.68N0.35(2) 2型芯脱模力 参照(1)型芯脱模力的计算方法得到c2 =531.25 0.9536 0.45 8.5 101.8 10 (100 50) 2 3.14 1 2(2 6)2 22(2 6)2 22=34.745N0.35俩个型芯的脱模力为 4 F c2 =138.98N(3) 13.5*13.5矩形型芯脱模力 d

24、k/t=27/3=9<10所以视为厚壁圆筒塑件，其脱模力为_1.25KfcaE 仃f Tj)AcF C=2(dk 2t)dk2 T(dk 2t)dkdk= (L+b) /2Ac =2 (L+b ) h其中：K=fccos sin=°.45cos1sin1=0432497 =0.9536f c(1 fc sin cos )0.45(1 0.45 sin1 cos1 )0.453533为脱模斜度，为115#可以得出53F c3 =60.15N1.25 0.9536 0.45 8.5 101.8 10 (10050) 2 27 12.25(276)2272220.35(276)27总

25、脱模力F= FC1+ FC2+ FC 3 =299.68+138.98+60.15=498.41N52推出方式的确定1)采用推杆推出(1)推出面积 设6mm的圆推杆设置8根，那么推出面积为A杆=-d12 8 輕 6 2 8602.88mm244(2) 推杆推出应力查表取许可应力(T =12MPa(7 丄 =498勺C =12故为合格A杆 602.88所以推出方式采用推杆推出六模架的确定根据塑件的大小以及嵌件所占的平面面积选取 400x400的标准模架6.1、各模板尺寸的确定(1) A板尺寸 A板是定模型腔板，A板厚度为20mm。(2) B板尺寸，B板是型芯固定板，按模架标准板件取 47mm(3

26、) C板尺寸 垫块，按标准模架取100mm。400 400mm经上述尺寸计算，模架尺寸可以选择标记为：6.2、模架各尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸 经过校核模具平面尺寸、模具高度尺寸和开模行程都符合要求7. 排气槽的设计塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑件侧方向充满型腔， 每个凹模镶件上有 4 根推杆，配合间隙可作为气体排出， 不会出现顶部憋气现象。 而且底面的气体沿 着分型面、型芯之间的间隙排出间隙外。8. 冷却系统的设计这里只进行冷却系统的计算， 忽略模具因空气对流、 辐射以及注射机散发热 量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量。1、冷却介质PP熔融温

27、度和成型温度分别是170176° C与180° C。设模具温度为50° C.可以用常温水进行冷却。2、冷却系统的简单计算(1 )单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W1 )塑料制品的体积V= V主 +V 分 +n V 塑=79.27cm32 )塑料制品的质量M=p = 79.27 0.971.34g0.071kg3) 塑件的壁厚为6mm,查得T冷=85s。取注射时间T注=1.6S,脱模时间为7S。则注射周期：T=T冷+T注+T脱=85+1.6+7=93.6$。故每小时注射次数为N=3600/93.6=38次4) 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm

28、=38 0.071 = 2 . 74kg/h(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 Q。查找PP单位热流量Q的值得范围在590左右kj/kg，故取Q=590kj/kg(3) 计算冷却水道体积流量q设冷却水道入水口的水温为22° c,出水的水温为25 ° c,取水的密度为p =1000kg/rm，水道比热容 C=4.187kj/kg c。Q=590kj/kg 根据公式得：WQ60 C( 2 - 1)2.1 10 3m3/min2.74 59060 1000 4.187(25 22)(4) 确定冷却水路的直径d当q=2.1 10 3 m3/min时，为了是冷去水处于川流状

29、态时，取模具冷却水孔的直径 d=10mm。(5) 冷却水在管内的流速 v,其中，q=2.110 3 m3/minV=4q4 2.110 360d260 3.14 0.012=0.45m/s18#6)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,查书的f=0.67，贝Uh=4.187f( v)0.8d0.2= 1.04210 kj/ (m h ° c)#7) 计算冷却水通道的导热总面积Aa=WQ2.74 5901 104 (50 23.5)10 3#8) 计算模具冷却水管的总长度LAL= =194mm d9) 冷却水路的根数，设每条水路长度 200m m，则冷却水路的根数为X= =194/200=1 根l有上述可知，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，因此应根据具体情况