塑料成型模具课程设计任务书

1、湖南涉外经济学院机械工程学部塑料成型模具课程设计任务书学部 专业题目任务起止日期： 年 月 日至年 月 日止学生姓名：班级：指导老师：日期：系主任：日期：审查学部主任：日期：批准一、设计题目 3二、设计过程 3（一）、塑件的分析及塑料的成型工艺性能 3（二）、塑件的质量与体积计算 4（三）、型腔数目的确定 5（四）、注射机的选择 5（五）、成型部分的尺寸设计 6（六）、零件的加工工艺 7（七）、模具加工工艺流程9（八）、浇注系统的设计 10（九）、冷却系统的设计 10（十）、脱模机构的设计 11（H一）、模架的选择 12（十二）、压力机的校核 13（十三）ABSS勺成型条件 13（十四）、参考

2、文献 14设计体会 1521模具零件设计-、塑件成型工艺性分析1 .塑件分析(1)外形尺寸 该塑件壁厚为 0.81mm,塑件外形尺寸不大，塑料流程不太长，其材料为 塑性塑料，流动性较好，适合于注射成型。(2)精度等级 根据文献1P28初选MT3。(3)脱模斜度PE的成型性能良好，成型收缩率大，参考 1表2-10选择塑件上型芯和凹模0的统一脱模斜度为1 。2 .pp工程塑料的性能分析(1)使用性能 比重小，强度、刚度、耐热性均优于低压聚乙烯，可在 100度左右使用，具 有优良的耐腐性，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，表面硬度和耐热性较好，但成型收缩 率大，低温易变脆，不耐磨，易老化。注射压力为(

3、700-1400kg.lb/cm2 )(2)成型性能1)结晶料，吸湿性小，可能发生溶体破裂，长期与金属接触易分解2)流动性较好，但收缩范围和收缩值大，易发生缩孔、凹痕3冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢。4)模温在50度下时塑件不光泽，易产生熔接不良和流痕。90度以上又翘曲和变形5)料温160-220,模温80-90度(3) pp的主要性能指标其性能指标见表1-1表1-1pp的性能指标瓷' 度 / g ? cm30.900.91-屈服强度/MPa37比体积/cm3 ? g 11.101.11拉伸强度/MPa38吸水率()0.010.83拉伸弹性模具/MPa1.4 103熔点/ &

4、#176;C170176抗弯强度/MPa67.5计算收缩率()1.02.5抗压强度/MPa53比热容-1/J ? kg? c1470弯曲弹性模量/MPa1.4 1033pp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 pp的色泽、粒度和均匀度等进行检验，pp成型前须进行干燥，处理温度80 C,干燥时间为 1h。(2)注射过程。塑料在注塑机料筒内经过加热、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。2)注射工艺参数(1)注塑机：螺杆式，螺杆转速为 48r/min(2)料筒温度：前段 200 C -220 C中段 18

5、0 c -200 C后段 160 C-180 c(3)模具温度：80c90 C(4)注射压力：70100Mpa(5)喷嘴温度(C)230290.(6)成型时间：43s (注射时间取20,冷却时间20,辅助时间3。二、拟定模具的结构形式和初选注射机1 .分型面位置的确定通过对塑件的结构形式分析，分型面应选在截面积最大且利于开模取出塑件的平面上，其位(1)型腔的数量的确定 由于该塑件的尺寸精度要求不高，该塑件在用的等级一般在23级,塑件尺寸较小，考虑模具成本经济性所以采用一模多腔的结构形式，初定为一模两腔结构形式。(2)型腔的排列形式的确定 如图2示(3)模具结构形式的初步确定 由以上分析可知，且

6、根据塑件的结构形状， 推出机构初选为 推杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式的x形式，浇口采用侧浇口，且在分型面上。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、。由上综合分析可确定采用大水口的分型面注塑模。3.注射机的型号的确定1)注射量的计算通过Pro/E分析的塑件的质量属性有:质量属性分析定义,新征美型o快速。已存的IG)特征结果S5B033 e+C3 空柒"33 OTS69E9e+03 亳米电 OSOOOCae+CO 公吨 / 量米"3 05523356+03 公吨粗面度fi 体曲密质根据JIFGMO 1_REF坐标边爬确定重心：X

7、¥ Z 0 aOOOOCOefOO -1 0TT36846+I：相对于FGOOO1 _EEF坐标系边位之惯性.惯性张量Ikk 工叼 Ixi 1 39口35T9HCI6 0. OOOOOOOfI1国区1M区塑件体积：塑件 V=1.996 cm3塑件质量：塑件=1.05 1,966 2.095 g3且 p =1.05g/ cm2)浇注系统凝料体积的初步估算 一 八3V 总=1.3nV 塑=1.3X 2X V=5.19 cm3)选择注射机根据以上计算 V总=5.19cm 3,参考文献1式(4-18)V公=V总/0,8=6.488cm3。所以初步选择 公称注射量为30的XS-Z-30型。参考

8、文献2表13-14)注射机的相关参数的校核(1)注射压力校核。查参考文献1P74表4-1中等壁厚可知， ABS所需注射压力为100130Mpa,所以取P0=100Mpa,该注射机的公称注射压力P公=119 Mpa ,注射压力安全系数 k1=1.251.4，取 k1=1.3则：k1 P0=130 Mpa >P公=119 Mpa。所以改选注射机 SZ-160/100卧式注射机 且P公=150Mpa (2)锁模力校核塑件在分型面上的投影面积A=1300 mm 2浇注系统在分型面上的投影面积A浇=0.2A=0.2 X 1300=260 mm 22塑件和浇注系统在分型面上的投影总面积A总二门公浇+

9、 A塑)=3120 mm模具型腔内的胀型力 F=A总P模=3120 35 109.2 KNP模=(20%40%) P公参考文献1P74表4-2取P模=35KN取锁模力安全系数 K2=1.2 且 K2 F=1.2X 129.184KN=155.021KN VF 锁=900KN表2 注射机SZ-160/100主要技术参数理论注射量/cm3160移模行程/ mm325螺杆柱塞直径/ mm40最大模具厚度/mm300注射压力/MPa150最小模具厚度/mm200注射速率/g . s 1105锁模形式双曲肘塑化能力/ g . s 145模具定位孔直径/ mm125螺杆转速/ r min 10-200喷嘴

10、球半径/咖12锁模力/kN1000喷嘴口半径/咖3拉杆内间距345 3451.主流道的设计1)主流道的尺寸主流道的长度(2)主流道小端直径(3)主流道大端直径(4)主流道球面半径(5)球面的配合高度般由模具结构确定，本模具采用侧浇口，本次设计初取85mm。、浇注系统的设计二注射机喷嘴尺寸+ (0.51) mm=3.5mm由表2可知喷嘴尺寸，下同D=d+Ltan( a )7mmSR=注射机喷嘴球头半径 +(12)mm=14mmh= (1/3 2/5)SR 4.67 5.6mm,取 h=5mm 2)主流道凝料体积V 主丸(R2+r2+rR) 兀/3=1573.27mm 33)主流道当量半径 Rn=

11、(2.25 + 4)/2=2.625mm4)主流道浇口套形式。主流道为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常任然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处 理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A,热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC.如图。定位圈的结构由总装图来确定。2.分流道的设计1)分流道的分布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，同时还要考虑减少小分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道。2)分流道长

12、度 由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，故取小些。单边分流道长度L分取35mm,如图2所示。3)分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量m= p - V 塑=1.996cm31.05g/ cm3=2.0958g<200g ,根据文献1式(4-16),分流道的当量直径D分 0.26541ym陀 0.2654 J2.0958痴 1.117 1.18 mm4)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、流动阻力均不大。5)分流道截面尺寸设梯形的下底宽为 Xmm ,底面圆角的半径 R=1mm ,其高度H=3.5 mm,该梯形的截面积满口4 A (x x 2 3

13、.5tan8 )h /。、D2分 -足为： A分 - (x 3.5tan8) 3.5 =" 眼 所以 x=1.2382mm则梯形的上底约为 2.352mm,所以去上底为3mm ,下底为2mm,梯形斜度a =8 °如下6)凝料体积(1)分流道的长度为 L分=35mm(2)分流道的截面积A 分=8.432mm3(3)凝料体积V 分=L 分 A 分=35 X 8.432=295.12mm 3=0.29512cm 37)校核剪切速率(1)确定注射时间书1表4-8,取t=1.6s(2)计算单边分流道的体积流量：4分=(V分+V塑)/t=1.432cm/s(3)由书1式4-20可得剪切

14、速率丫分=3.3q 分/ (兀 R 分3) =0.776 X 103/s最佳剪切速率为 5X 1025X 103,所以剪切速率合格。8)分流道的表面粗糙度和拔模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般为 Ra 1.25科m2.5科m即可，此处取 Ra=1.6科m。另外，其脱模斜度一般在5。10。这里取脱模斜度为 8。3、浇口的设计该塑件可以有裂纹和变形缺陷，表面质量要求不高， 采用一模两腔注射，为了便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。浇口大致设在曲面中心处。1)侧浇口的尺寸的确定壁厚t=1mm塑料成型

15、系数 n=0.7侧浇口的深度 h=nt=0.7mm侧浇口的宽度B T. A/30=1.17mm = 1mm A是凹模的内表面(约为塑件的外表面积)这里是根据书2算的型腔一侧的表面积。侧浇口的长度 根据书1表4-10,可得侧浇口的长度L浇一般选用 0.72.5mm,这里取L 浇=1mm。2)校核浇口的剪切速率Bh1/2R2 Bh,由此矩形浇口的当量半径(2)校核浇口的剪切速率确定注射时间：由书1表4-8,可取t=1.6s；计算浇口的体积流量：q浇 1 996 1.248cm3/st 1.6计算浇口 的剪切速率：书1由式 (4-20 ) 可得.3.3q3.3 1.24831r 券 行 6.577

16、103s1该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道R3分Bh 3/2341的取佳男切速率5 10 5 10 s之间，所以，浇口的男切速率校核合格。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(浇口的体积太小可以忽略不计) 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。(1)计算主流道的体积流量V分nV塑3-3.66cm / s3.3q 主3 1(2)计算主流道的剪切速率r0.586 10 s主流道内熔体的剪切速率处R于浇口与分流道的最佳剪切速率5X 1025X 103s- 1之间，所以，主流道的剪切速率校核合格。四，成型零件的结构设计及计算1,成型零件

17、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。本设计采用整体嵌入式凹模。(1)计算浇口的当量半径。由面积相等可得凸模的结构设计凸模是成型制品的内表面的成型零件。本设计采用整体嵌入式凸模。2,成型零件钢材的选用根据对成型零件的综合分析，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，同时考虑他的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20.对于成型塑件内表面的型芯来说，由于凸模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用 P20钢，进行渗氮处理。3.成型零件的工作尺寸的计算采用参考文献2式（2-26）式（2-30）相应公式的平均尺寸法计

18、算成型零件尺寸，塑 件尺寸公差按照设计任务书中给定的精度等级计算，一般的为MT3,其它为MT5。I凹模长度方向尺寸的计算寸 的 制 造 公 差1 0.37mmLm1(1Scp)ls1X110z1(1LM2(1Scp)ls2X2 202(1塑件长度方向最大尺寸为65mm,塑件外部长度方向尺查 参 考 文 献 1 表 2-4 得2 0.22mm0.0055) 65 0.6 0.3700.061 mm 65.1400.061mm0.0055) 22 0.6 0.2200.037 mm 21.9900.037mm式中，Scp是塑件的平均收缩率，查参考文献2表9-6可得ABS的收缩率为0.3%0.8%,

19、所以其平均收缩率Scp=（0.003+0.008）/2=0.0055 , x是系数，查参考文献2表2-10可知x=0.65, A为塑件上尺寸的公差（下同） ；8 z是塑件尺寸制造公差，对于中小型塑件取8z=A/6（下同）。n凹模深度尺寸的计算塑件高度方向的最大尺寸Hs1 5 0.1 5.1°0.2mm,相应的 A=0.20mm, x =0.63 H?=2mm,相应的 A =0.10mm ,此类是 B 类尺寸。(1 0.0055) 5 0.63 0.20。0.07 4.9000.07mm0.030 03HM2 (1 Scp)H = (1 0.0055) 2 0.63 0.10 01.9

20、48。. mmm 型芯径向尺寸的计算定模型芯径向尺寸：其尺寸有。8,其中4 8有两个！其A分别为AN0.36和A ?=0.34其X 取 0.650Im(1 Scp) lz 、00(1 0.0055) 10 0.65 0.37 0.06 9.81 0.06 mm动模型芯内孔尺寸计算塑件内部径向尺：动模的型芯尺寸。6的正六边形的通孔，。2和()1 的通孔和()8沉孔，其中 A ?=0.34mm、A ?=0.32mm、且 x =0.800.060 06Imi(1Scp)l0 z(10.0055)630.8 0.34 063.0800.06mm 0.05_ _0 05Im2(1Scp)l0 z(10.

21、0055)200.8 0.32 °19.854° .mmVI型芯高度：通孔()2和()6的高度是10mm,而()1有17mm或者说是20mm；定模上白4 (f) 4和(j) 8是下沉3也就是高度为3mm,正六边形的外圆()8高度为8mm；动模的()4 和 4 8 的高度为 3mm ,所以有 A =0.32mm , A =0.40mm , A =0.36mm。/ =0.63h1(1 Scp)l=(1 0.0055) 3 0.63 0.34 00.063.230700.06 mmh2(1Scp)lh3(1Scp)lh4(1Scp)l=(1 0.0055) 8 0.63 0.36

22、 小=(1 0.0055) 10 0.63 0.36 0.068.270800.06 mm10.28180 0.06 mm=(1 0.0055)17 0.63 0.40 0 0.0717.345500.07 mmV型芯上的孔中心间间距的计算根据outcad的图可以大致可知l 1 6 24mm、B 1 6 =15mm ,可直接得出()2()1 的Cs=11mm 和 j()6 的六方 Cs=28mm ,贝U A =0.38 和 A =0.48-、一1Cm(1S)Cs- z= (1 0.0055) 110.1911.0605 0.19mm一一1Cm(1S)Cs- z= (1 0.0055) 280.

23、2428.154 0.24mm24.成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底板的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力b时，将导致型腔塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变 形，从而产生型腔向外膨胀或溢料的间隙。因此，必须对型腔进行强度和刚度的计算。本模具采用凹模结构，且凹模类似于矩形凹模，故凹模的力学计算按组合式矩形凹模来 计算。模具属于中小型模具，故按照强度条件来设计，然后按刚度条件来校核。I凹模侧壁厚度强度计算见参考文献1表4-19公式计算按整体式凹模侧壁厚度

24、以强度为计算对象因h 100.227 0.41 l 44S3phlSp23 35 10230035mm式中h为型腔深度，h=10mm,以塑件在型腔最大深度来计算;P为型腔压力，P取35MPa;b p为模具材料的许用应力，此型腔采用预硬化钢H凹模侧壁厚度刚度校核1/3Cph ,1.5 35 10S hh5iE p0.7 2.2 105 0.013P20, (rp=300MPa。1/36.4 mm式中443(l4/h4)442(l4/h4) 963 (250/10)42(250/10)4 961.5 1=0.7因 b/ i = 0.6E是模具钢的弹性模量，对预硬化钢E=2.2 X 105MPap

25、0.013_1 /5p 1况，i2 0.45W1/5_0.001W = 0.45 200.001 20 0.839 所以根据经验公式计算型腔侧壁厚度 为了能满足好结构的布局，在此取 ID凹模底部厚度强度计算S=0.2L+17=0.2 X44+17=25.8mmS=20mm,所以本模具能满足强度和刚度要求。1/2T 0.71b pIV凹模底部厚度刚度校核0.711/23530 3007.275mm式中-301+10.0312 352.20.0312为满足底部刚度和强度要求，在此取由于型腔采用H型直线对称结构布置,初步估算模板平面尺寸选用101/3_5105 0.0134.689mm为 15mm型

26、腔之间的壁厚S=40mm,根据型腔的布置,200mm x 350mm。五、脱模推出机构的设计I推出方式的确定本塑件采用推杆的推出形式, n脱模力的计算主型芯脱模力因为 a b ? 40 303.14 1所以此处视为薄壁塑件22.3 10根据参考文献1 式（4-25）有8tESLcos (f tan )F 0.1A(1/28 1 1.8 103 0.006 30cos1 (0.45 tan1 ) -(a一) 0.1 768.954 1712.65N(1 0.32)(1 0.45sin1 cos1 )式中未知的都是查书1的表4-24,其中F是脱模力（N）;取1.8X 103MPa； S是塑件成型的

27、平均收缩率；t是塑件的壁厚，E是塑件的弹性模量（MP）,L是被包型芯的长度；科是在脱模温度下塑料的泊松比，为 0.32;是脱模斜度为1o； f是塑件与钢材的摩擦因数，r是型芯的平均半径；a是矩形型芯短边长度； b是矩形型芯长边长度； A是塑件在与开模方 向垂直的平面上的投影面积，当塑件底部有通孔时，A项视为零。其中 K2 1 f sin cosKi2cos2 cos小型芯脱模力R?=1mm、L?=10mm、入？=r/t=1mm、则 K?=0.666802071 ； R?=0.5mm、L?=17mm、入 2=0.5mm； R?=4mm、L?=3mm、入？=4mm。K?' =0.25005

28、7124; K?' =0.889039336因为所有入<10,所以此处视为厚壁件，根据参考文献1式（4-26）有2 rESL（f tan ）F 0.1A（1KJK2贝U有；F?=212.32N , F?' =222.56N,F? =222.20N其符号意义同上。根据上述计算可得动模部分总的脱模力为：匚 =2369.73NF动模出推杆接触应力的校核推杆接触总面积（单腔面积）?mm2A 总推 10231.424接触应力：d =F/A=2369.73/31.42=75.42MPa> （r=11.7MPa根据文献1计算:A=768.954mm 2;=1.2F/A=1.2 X

29、 2369.73/768.954=3.698MP<11.7MP式中b 为ABS在脱模温度下的许用接触应力，见参考文献2表2-12，取bmin=11.7MPa因此，本模具推杆的推出面积可以满足要求，塑件不会产生顶白现象。六、模架的确定根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为160mm x 220mm,型腔所占平面尺寸为160mm x 180mm,利用参考文献2经验公式（7-1）进行计算，即： W3=W，+10=160+10=170mm ,查参考文献2表7-4得 W=230mm。考虑到 导柱、导套、水路的布置因素，根据参考文献2表7-1确定选用A1型模架，查表

30、7-4的Wx L=250mm x 350mm及各板的厚度尺寸。I A板尺寸A板是定模型腔板，塑件高度为 20mm,凹模深度为 5mm,考虑到模板上还要开设冷 却水道，还得留出足够距离，故 A板厚度取40mm。n B板尺寸B板是型芯固定板，按照模架标准板厚度取32mm。me板尺寸垫块=推出彳T程+推板厚度+推杆固定板厚度 + （510） mm=15+20+16+510=56 71mm,初选 C80mm。经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记为：A2525-40X 32X80GB/T12555 2006。其它尺寸按标准标注，如图所示。IV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模具平面尺

31、寸250mm x 350mm<260mm x 360mm ,校核合格；模具高度尺寸212mm 200mm<212mm<300mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格;模具的开模行程S=Hi+H2+(5 10)mm=15+70+ (510) =8590mm<300mm ,校核合格。七、排气槽的设计该塑件由于采用侧浇口进料，熔体从分型面处向上、下两边运动并最后充满型腔。顶部 沿分型面的间隙向外排出。同时，底面的气体会沿着推杆的配合间隙，分型面和型芯之间的间隙外排出。八、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

32、触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。1 .冷却介质ABS属于中等粘度材料，其成型温度及模具温度分别为200c和5080C。所以，模具温度初步选定为50 C,用常温水对模具进行冷却。2 .冷却系统的简单计算(1)单位时间内注入模具中的塑件熔体的总质量W塑料制品的体积V=V 主+V 分+nV 塑=1.573+0.3053+4 X 3.784=17.0143cm 3塑件制品的质量m=V p =17.0143 X 1.10=18.72g=0.0187kg塑件壁厚为1mm,可查文献1表4-34得t冷2.9s ,由注射机的参数可得t注1.8s,脱模时间取t脱 8

33、s,则注射周期：t 0 t冷t脱=12.7s。由此得每小时注射次数：N=(3600/12.7)次=283.46 次单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm=283.46 X 0.0187kg/h=5.3kg/h。(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Q,查文献1表4-35直接可知ABS的单位热流量 Q的值的范围在(310400) kJ/kg之间，故取 Q=370kJ/kg。(3)计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为。N24C,出水口的水温为。?=25 C ,取水的密度p =1000kg/m3,水的比热容c =4.178kJ/ (kg C)。则根据公式可得：qvWQ60 c( 15.3 3703 ,.m / min60 1000 4.187 (25 24)3 .0.00781m / min(4)确定冷却水路的直