塑料模课程设计-壳罩塑件注塑模设计

1、塑料成型工艺及模具设计课程设计说明书 壳罩塑件注塑模设计学生姓名： 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 1203班 学 号： 指导教师： 职称 教授 完成时间： 2015年12月 湖南工学院塑料课程设计课题任务书学院：机械工程学院 专业： 材料成型及控制工程专业 指导教师学生姓名课题名称壳罩塑件注塑模设计内容及任务1、目标：（1）绘制模具装配图（0号图纸一张）及主要零件图；（2）编制设计说明书约3000字左右。2、内容：（1）塑件的分析及设备选择；（2）模具结构的设计及计算；（3）绘制模具装配图和主要的成型零件图；（4）编写设计说明书。3、要求：（1）在设计过程中必须严肃认真，刻苦钻研，一

2、丝不苟，精益求精。（2）必须发挥主观能动性，积极思考问题，而不应被动地依赖教师查资料、给数据、定方案。（3）设计中要正确处理参考已有资料与创新的关系。利用已有资料可以避免许多重复工作，加快设计进程，同时也是提高设计质量的保证。但不能盲目地抄袭资料，必须具体分析，创造性地设计。（4）学生应按设计进程要求保质保量的完成设计任务。主要参考资料1.奇晓杰主编. 塑料成型工艺与模具设计. 北京：机械工业出版社，2005.102.付建军主编. 模具制造工艺. 北京：机械工业出版社，2004.83.谭雪松，钟廷志，甘露萍主编. Pro/ENGINEER Wildfire模具设计与数控加工.北京:人民邮电出版

3、社，2006.84.李名尧主编. 模具CAD/CAM. 北京：机械工业出版社，2004.75.王卫卫主编. 材料成型设备. 北京：机械工业出版社，2004.86.张景黎主编.模具加工与装配.北京：化学工业出版社，2007.47.刘品 李哲主编.机械精度设计与检测基础北京：机械工业出版社，2007.78.刘镇昌主编.机械工程英语 北京：机械工业出版社，2004.79.周华主编.数控编程北京：机械工业出版社，2006.710.伍明先主编.塑料模具设计指导-北京：国防工业出版设，2008.2.4摘 要本课程设计为一壳罩塑件，如图1所示。塑件结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷，塑件壁厚

4、均匀，脱模斜度301°，材料可自选（选择pp材料），塑件公差按模具设计要求进行转换。图1 壳罩塑件尺寸目 录1.塑件材料及工艺分析 4 1.1塑件材料 1.2 PP材料的工艺分析 13 注射工艺参数2.拟定模具的结构形式和初选注射机 5 21 分型面位置的确定 22 型腔数量和排位方式的确定 23 注射机型号的确定 3.浇注系统的设计 9 31 主流道的设计 32 分流道的设计 33 浇口的设计 34 校核主流道的剪切速率 35 冷料穴的设计及计算4.成型零件的机构设计及计算 13 41 成型零件的结构设计 42 成型零件刚才的选用 43 成型零件工作尺寸的计算 44 成型零件尺寸及

5、动模垫板厚度的计算5.脱模推出机构的设计 17 51 脱模力的计算 52 推出方式的确定6.模架的确定 19 6.1各模板尺寸的确定 6.2模架各尺寸的校核7.冷却系统的设计 20 7.1 冷却介质 7.2 冷却系统的简单计算8.排气槽的设计 239.导向与定位结构的设计 2310.参考文献 231.塑件材料及工艺分析11 塑件材料该塑件为塑料罩壳，壁厚为2.5mm，塑件外型尺寸不大，选用PP塑料，塑件精度要求为MT3级。 PP通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化,故熔点高达167,耐热,制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密度0.90g/cm3,是最轻的通用塑料。耐腐蚀,抗张强

6、度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好。缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.82.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。12 PP材料的工艺分析注塑模工艺条件干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。熔化温度：220275C，注意不要超过275C。 模具温度：4080C，建议使用50C。结晶程度主要由模具温度决定。注射压力：可大到1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以

7、使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。13 注射工艺参数熔料温度   220280 料筒恒温   220模具温度   2070 注射压力   具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力80140MPa（8001400bar）； 一些薄壁包装容器除外可达到180MPa (1800bar) 保压压力   避免制品产生缩壁，需要很长时间对制品进行保压（约为循环时间的30）；约为注射压力的3060。 背压

8、       520MPa（50200bar） 注射速度   对薄壁包装容器需要高的注射速度（带蓄能器）；中等注射速度往往比 较适用于其它类的塑料制品。 螺杆转速   高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前完成塑化过程就可以。 计量行程   0.54D（最小值最大值）；4D的计量行程为熔料提供足够长的驻留时间是很重要的 残料量     28mm，取决于计量行程和螺杆转速 预烘干&

9、#160;    不需要；如果贮藏条件不好，在80的温度下烘干1h就可以 回收率    可达到100回收 收缩率     1.22.5；收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩） 机器停工时段  无需用其它材料进行专门的清洗工作；PP耐温升 料筒设备  标准螺杆，标准使用的三段式螺杆；对包装容器类制品，混合段和切变段几何外形特殊（L：D25：1），直通喷嘴，止逆阀。 2拟定模具的结构形式和初选注射机21 分型面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面

10、应选在端盖截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上。其位置如图所示：图2 分型面位置22 型腔数量和排位方式的确定 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，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。 型腔排列形式的确定 由于该模具选择的是一模两腔，故流道可采用对称排列，使型腔进料平衡。 模具结构形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，对称排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。浇注系统设计时，流道可采用对称平衡式，交口采用侧浇口，且开设在分型面

11、上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用推件板推出的单分型面注射模。23 注射机型号的确定2.3.1注射量的计算 通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图: 图3 塑件质量属性 塑件体积：V塑 102.95 cm3 塑件质量：m塑pV塑102.95 × 0.992.655 2.3.2浇注系统凝料体积的初步计算 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0.21倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体

12、的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为 V总1.3nV塑 1.3×2×102.95 267.67 cm32.3.3选择注射机根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料总体积为268cm3,由公式算得V公V总0.82680.8335 cm3。根据以上的计算，初步选择公称注射量为500cm3，注射机型号为XS-ZY-500卧式注射机，其主要技术参数见表: 表1 XS-ZY-125注射机主要技术参数理论注射容量cm3500锁模力/KN3500注射压力/MPa104拉杆空间/mm500×440喷嘴孔直径/mm7.5模板行程/mm500喷嘴球半径/mm18

13、最大模厚/mm450最小模厚/mm300定位孔直径/mm1502.3.4注射机的相关参数的校核 .注射压力校核。由上述可知，PP所需要的注射压力为80140Mpa，这里取80MPa，该注射机的公称注射压力为104Mpa，注射压力安全系数K1=1.251.4，这里取1.25，则： K1P0=1.25×80=100Mpa<104Mpa，所以，注射机注射压力合格。.锁模力校核 塑件在分型面上的投影面积 A塑125×1004×6 2×3.14 12047.84 mm2 浇注系统在分型面上的投影面积，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积数值，可以按照多

14、型腔模具的统计分析来确定。是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2到0.5倍。由于本设计的流道较简单，分流道较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些，这里。 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积为 A总n(A塑 + A浇)2×1.2A塑28914.82mm2 模具型腔内的胀形力，则 F胀=A总P模=28914.82 × 25=722.87 KN 是型腔的平均计算压力值，通常取注射压力的20%40%，大致范围为20MPa40MPa。对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。PP的可取30MPa。 由注射机的技术参数表可知该注射机的公称锁模力，锁模力安全系数为，这里取1.1，则

15、K2F胀=1.2F胀=1.1X722.87=795.16KN<F锁，所以注射机锁模力满足要求。 3浇注系统的设计31 主流道的设计 3.1.1主流道尺寸 主流道长度 本次设计中初取50mm进行计算。 主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm4.5mm。 主流道大端直径 ，式中。 主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=12+2=14mm。 球面的配合高度 h=3mm。 3.1.2主流道的凝料体积 3.1.3主流道当量半径 3.1.4主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。32 分流道的设计 3.2.1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

16、能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，且本模具采用一模两腔结构，因此采用平衡式分流道。 3.2.2分流道的长度 由于模具采用一模两腔结构，该浇注系统只有一级分流道，根据两个型腔的结构设计，设计分流道长度L分50mm。 3.2.3分流道的当量直径 流过一级分流道塑料的质量： mpV塑102.95×0.9 g92.66g<200g 但该塑件壁厚为2.5mm，经查经验曲线得，再根据单向分流道长度25mm查得修正系数，则分流道直径经修正后为： 3.2.4分流道的截面形状 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、流道阻力均不大。 3.2.5分流道截

17、面尺寸 在确定主流道的尺寸后，分流道的尺寸可按计算，即，查表得H=5mm，r=（15）mm，取r=1mm。如图所示：图4 分流道截面 3.2.6凝料体积 分流道的长度为L分50mm。 分流道截面积 凝料体积 V分L分A分50×27.51375mm3 考虑到圆弧影响取。 3.2.7校核剪切速率 确定注射时间 查表4 -8得t1.6s。 计算单边分流道体积流量 q分(V分+V塑)/t(1.3+102.95)/1.665.16cm/s 由公式可计得剪切速率 r分（3.3q分）/3.14×R3分（3.3×65.16×103）/3.14×（5/2）3=4

18、.38×103 s-1 数值在5×1025×103，所以，分流道内熔体剪切速率合格。33 浇口的设计 3.3.1侧浇口尺寸的确定 计算侧浇口的深度 式中t为塑件壁厚，t=2.5mm；n为塑料成型系数，对于PP材料，取n=0.7。 为了便于今后试模时发现问题进行修模处理，根据推荐的PP侧浇口的厚度为1.52.2mm，故此处浇口深度h取1.7mm。计算侧浇口的宽度 B(nA)/30(0.7×30250)/304.06mm4mm A为凹模的内表面积（约等于塑件的外表面积）。 计算侧浇口的长度 查表4-10可得，可取侧浇口的长度。 3.3.2.侧浇口剪切速率的校

19、核 确定注射时间 可取t=1.6s。 计算浇口的体积流量 q浇V塑/t102.95/1.613.31 cm3 64.34×103mm3/s 计算浇口的剪切速率 r(3.3q浇)/3.14R3浇（3.3×64.34×103）/2.17 2.1218×104 s-14×104 s-1故剪切速率合格，其中为浇口的当量半径。34 校核主流道的剪切速率 3.4.1计算主流道的体积流量 q主(V主+V分+nV塑)/t(1.574+1.3+2×102.95) /1.6130.48 cm3 /s 3.4.2计算主流道的剪切速率 r主（3.3×

20、;q主）/(3.14Rn3)(3.3×130.48)/(3.14×3.1253×10-3)4.493×103 s-1 主流道的剪切速率处于5×1025×103 s-1之间，所以主流道的剪切速率合格。 35 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。本设计只有主流道的冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，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，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中拖出。 4成型零件的机构设计及计算41 成型零件

21、的结构设计 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件，本设计中凹模采用整体嵌入式凹模，这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。又因为凹模镶块的横截面是方形的，故不需设置圆柱销来止转,凹模结构如图 图5 凹模结构 图6 凸模结构型芯的结构设计 型芯是成型塑件内表面的成型零件，本设计中型芯采用组合式型芯。如上图所示。42 成型零件刚才的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。经参考文献，PP材料注射30万次的模具，成型零件刚才可选用P20钢。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，

22、因此P20钢还要进行渗氮处理。43 成型零件工作尺寸的计算 4.3.1凹模径向尺寸的计算，相应的塑件制造公差V1=0.24mm；，相应的塑件制造公差V1=0.28mm； 式中，是塑件的平均收缩率，查表得PP的收缩率为1%2%，所以平均收缩率=1.5%，此处；§1=V1/5,§2=V2/5。4.3.2凹模深度尺寸的计算由于塑件高度的最大尺寸和塑件底部凸缘的基本尺寸未注公差，且均属于B类尺寸，所以按MT5级进行计算，则，相应的V1=0.15mm；，。收缩率=1.5%=0.015，V1=0.15,V2=0.44,V3=0.25，1=V1/5, 2=V2/5，3=V3/5。 4.3

23、.3型芯径向尺寸的计算，V1=0.24，X1=0.65,1=V1/6. 4.3.4型芯高度尺寸的计算4.3.5成型孔间距的计算44 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 4.4.1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、长度有关，由公式算得:式中p是型腔压力为30MPa，E是材料弹性模量为130000MPa，C经计算得0.63，则取0.7计算，是模具刚度计算许用变形量，由公式算得=0.023。由于设计为一模两腔结构，采用对称结构布置，因此，初步估算模板平面尺寸选用270mm×400mm，它比型腔尺寸大得多，所以完全满足强度和刚度要求。4.4.2动模垫板厚度的计算 动模垫

24、板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应该选在270mm×400mm这个范围之内，查表得垫块之间的跨度大约为L=W-2W2=270-2×53=164mm。那么根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即 L为两垫块之间的距离，约为215mm；L1是动模垫板的长度，取400mm；A是2个型芯投影到动模垫板上的面积。 动模垫板可按照标准厚度取50mm，显然不符合要求，可采用支撑柱的形式来增加支撑板的刚度。采用两根直径为55mm的支撑柱，且布置在支撑板中间，所以垫板的厚度计算为故符合要求。 5脱模推出机构的设计本塑件结构简单，可采

25、用推件板推出、推杆推出、或推件板加推杆的综合推出方式。根据脱模力计算来决定。 51 脱模力的计算5.1.1主型芯脱模力 因为 （a+b）/(2.5×3.14)26.75>10 故此处视为薄壁塑件。脱模力为5.1.24-10小型芯脱模力 因为r/t=6/2.5=2.4<10 故此处视为厚壁的受力状态。脱模力为式中E为材料的拉伸弹性模量，S为材料的平均收缩率，L为被包型芯长度，为塑件泊松比，f为塑料与钢材之间的摩擦因数，为脱模斜度，A为塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，当塑件底部有通孔时，A视为零。a是矩形型芯短边长度，b是矩形型芯长边长度。r是芯的平均半径。t是塑件壁

26、厚。是由和决定的无因次数，是由f和决定的无因次数，。 5.1.3总脱模力 FF1+F219080N+1203.5N20284.18N 52 推出方式的确定5.2.1采用推杆推出 推出面积 设6mm的园推杆设置4跟，那么推出面积为 A杆3.14×d12113.04 mm 推杆推出应力 查表得许用应力 F/A杆20284.18/113.04179.44 MPa 通过上述计算，应力偏大，推出时有顶白或顶破的可能，为安全起见，本设计不采用推杆推出。5.2.2采用推件板推出 推件板推出时的推出面积 A板6×120×2+2.5×100×219402 推件板

27、推出应力 F/A板20284.18/194010.46 MPa<12MPa 合格 推件板推出时为了减少推件板与型芯的摩擦，设计时在推件板与型芯之间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合。为了防止推件板因偏心或加工误差而使锥面配合不良而产生溢料，推件板与型芯应进行适当预载，这样也就保证了推件板与凸模锥面准确定位。图7 推件板加工尺寸 本设计采用侧浇口，充模时容易形成封闭式气囊，因此在型芯上还设置2根6推杆以供排气，另外推出更加平稳。 6模架的确定考虑到本模具采用推件板和推杆综合推出方式，且推杆布置在靠近凸模的中心，这样推杆边缘与推杆固定板边缘距离较大，同时又考虑到导柱、导套、冷却水道的布置等

28、因素，模架初选为带推件板的直浇口B型模架，选用平面尺寸为270mm×400mm。6.1各模板尺寸的确定 1.A板尺寸 A板是定模型腔板，塑件高度为70mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，故A板厚度取90mm。 2.B板尺寸 B板是型芯固定板，按模架标准厚取50mm。 3.C板尺寸 C板是垫板，按模架标准厚取100mm。模架尺寸已经确定，标记为B3030-90×50×100GB/T12555-2006。 6.2模架各尺寸的校核 1.模具平面尺寸 400mm×300mm<410mm×340mm（拉杆间距），校核合格。 2.

29、模具高度尺寸 335mm<400mm（模具的最大厚度），校核合格 3.模具的开模行程 S=25+40+（510）mm=7075mm<400mm。校核合格。 7冷却系统的设计冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。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所发出的热量应等于冷却水所带走的热量。 7.1 冷却介质 PP属于流动性较好的材料，其成型温度及模具温度分别为220-275和40-80。所以模具温度初步选定为，用常温水对模具进行冷却。 7.2 冷却系统的简单计算7.2.1单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W 塑料制品的体积 V=V主V分nV塑1.5741.3752×102.95208.85209 cm3 塑件制品的质量 m209×0.9188.1 g0.1881 塑件壁厚为2.5mm，查参考文献得。取注射时间，脱模时间，则注射周期：。 由此得每小