塑料模具设计

1、前 言模具是现代化生产的重要工艺装备，为了适应社会的发展要求，满足企业对人才的需求，在经过一年的专业知识学习后，进行了两周的塑料模课程设计。此次课程设计把前面所学的知识揉到一块，是一次理论与实际相结合的设计。此次课程设计的课题是塑料扣的模具设计。我大致分以下十步完成。第一步分析该制件的工艺，第二步成型工艺参数的选用，第三步模具结构设计，第四步溢料、排气系统设计，第五步成型零部件、结构零部件的设计，第六步合模导向机构设计,第七步脱模机构设计,第八步模具温度调节系统设计,第九步常用模具材料的选择,第十步注射模与注射机的关系。通过本次设计，使我能把在平时学到的东西学以致用，解决在实际工作中所遇到的问

2、题。学会合理的查阅模具设计与制造工艺的相关手册，来完善设计工艺过程中的相关参数设计，来保证设计与制造工艺编制的完善性，并突出重点，循序渐进，力求完美。把理论知识运用到现实设计当中，本课程设计内容精练，表述清晰易懂，绘图制造的通用性，也为我们以后从事模具相关设计工作创造了一个良好的发展平台。由于编者水平有限，书中错误和缺点在所难免，恳请老师批评指正。 编 者目 录前 言课程设计任务书 1冷冲模课程设计指导书2一、塑件的工艺分析41.1 塑件的成形工艺分析 41.2 塑件要求 4二、成型工艺参数4三、模具结构设计63.1 分型面设计63.2 型腔数目和布置73.2.1 型腔数目的确定7型腔的排列7

3、3.3 浇注系统的设计73.3.1主流道设计73.3.2分流道设计83.3.3浇口设计83.3.4冷料井设计9四、溢料、排气系统设计10五、成型零部件及零部件的设计105.1型腔径向尺寸设计10型腔中第一个镶块10另外一个镶块12型腔轮廓尺寸计算 135.2型芯径向尺寸设计 14 其中一个镶块的尺寸设计14 另一个镶块的尺寸设计16其余型芯尺寸设计17六、合模导向机构设计 20七、脱模机构设计 217.1 脱模阻力的计算 217.2 脱模机构的结构 217.3 顶出行程、开模行程计算 22八、模具温度调节系统设计 228.1 冷却系统的零件 228.2 冷却回路的设计 22九、常用模具材料的选

4、择 23十、注射模与注射机的关系 2410.1 锁模力校核2410.2喷嘴尺寸尺寸2510.3 合模机构的校核2510.3.1模具厚的校核2510.3.2开模行程的校核25后 记26参考文献 27塑料模具设备及制造课 程 设 计 任 务 书课题名称： 塑 料 扣 设计任务：1编制设计任务书，塑件的结构模具结构分析。2设计模具结构总图，绘制模具零件图。3编写上述设计项目的说明书。设计时间：2008.6.17-2008.6.25设计者： 白 鸽 指导教师： 刘 峥 - 机械工程系模具教研室塑料注射成型模具课程设计指导（一） 课程设计目的通过拟订一个塑料制件的成型工艺和模具结构设计以及制定典型零件的

5、热处理与制造加工工艺规程，达到以下目的：1）综合运用、巩固和扩大所学基础知识和专业知识，培养分析问题和解决问题的能力；2）熟悉拟订塑料成型工艺和模具设计的原则、步骤和方法，树立正确的设计思想；3）学会查阅有关技术文献、手册和资料。（二）课程设计内容及基本要求课程设计内容通常包括：1）独立拟订所指塑件的成型工艺；2）合理地选择模具结构。根据塑件结构及其技术要求，提出模具结构方案，使其结构合理，质量可靠，操作方便；设计的模具应充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工工序，并要求制造方便，造价便宜，效率高，自动化程度高，使用寿命长；3）正确的确定模具成型零件的形状和尺寸；4）装配图和零件图设计；5）编写

6、设计计算说明书。课程设计中要求完成以下工作：1）装配工作图1张（A0或A1图纸，尽量采用11）；2）零件工作图（除标准件外等的部件，尽量采用11）；3）设计计算说明书1分。（三）课程设计的步骤设 计 准 备阅读设计任务书，明确设计任务；准备设计资料及绘图用具。拟订制品成型工艺分析制品，了解其用途及制品的工艺性、尺寸精度等技术要求；确定制件的成型加工方法；拟订制件成型工艺参数。选 择 成 型 设 备初选成型设备类型、型号及主要技术参数，在拟订模具结构方案后最终校核确定。拟订模具结构方案选择分型面；确定型腔的数目和布置；确定浇注系统；溢流、排气系统的设计；选择脱模方式；侧抽芯机构的设计；模具主要零

7、部件机构设计；模具调温系统的设置。方 案 论 证拟订初步方案后，反复思考、论证，经指导老师审查认可后定案。模具装配图设计绘制模具整体结构草图，最后完成装配图。零件图设计绘制指定零部件工作图。编写设计说明书整理和编写课程设计计算说明书。设计总结及答辩进行课程设计总结，完成答辩准备工作。（四）课程设计中应注意的问题1塑料注射成型模具课程设计是在教师指导下由学生独立完成，是对学生进行的一次较全面的设计训练，是对塑料成型工艺及模具设计课程的总结。学生应明确设计任务，独立思考，有不合理之处要认真修改，精益求精认真设计。2课程设计的各个阶段是相互联系的。随着设计的进展，应该更全面、更合理的考虑问题，需计算

8、和设计绘图交替进行。3学习和善于利用长期以来所积累的设计经验的资料，保证设计质量，并在此基础上尝试创新。既要合理地吸收运用，又不可盲目的照搬、照抄。4在设计中贯彻标准化、系列化与通用化以保证互换性，缩短设计周期。图1一、塑件的工艺分析 1.1 塑件的成形工艺分析该制件外形由几个曲面组成,质量要求不是很高；具有两处装配要求，故装配要求也不是很高；制品平均壁厚，加强筋厚度为。分型面为曲面。产品名称：塑料扣产品材料：ABS塑件尺寸：如图1所示塑件重量：塑件颜色：红注：质量计算： 因为(用UG查得)所以1.2 塑件要求（1）塑件材料的特性ABS综合性能好，冲击度力学强度较强，尺寸稳定，耐化学性；电性能

9、好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的融接性良好，可做双色成型塑料，且表面可镀洛。（2）塑件的成形特性使用ABS注射成型塑料制品时，由于其熔体黏度较高，所需的注射成型压力较高，因此塑件对型芯的包紧力较大，故塑件应采用较大 的脱模斜度。另外熔体黏度较高，使用ABS制品易产生熔接痕，所以模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力，ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理。在正常的成型条件下，ABS制品的尺寸稳定性好。ABS塑料在受热后要放除腐蚀性气体，所以型芯型腔成型表面需要镀铬。二、成型工艺参数成型工艺参数见表2-1塑料零件注射工艺卡产品型号表2-1 成型工艺参数零件图号第1页产品名称塑料扣

10、子零件名称共1 页材料名称ABS材料牌号材料颜色红色每台件数1零件净重4.5零件毛重消耗定额设备XS-ZY-125注射成型工艺料筒温度第一段150170注射时间闭模模具编号第二段180190注射2S5S型腔数量4第三段200210冷却5S15S顶出高15mm第四段启模总高205mm喷嘴180190总时间15S30S压力注射60MPa100MPa模温5070嵌件图号名称数量保压40MPa60MPa柱塞式螺杆转速48r/min 加料刻度脱模剂工时原料干燥处理使用设备零件成型后处理工序号工序内容 工艺装备准终单件描图翻料时间10塑料烘干干燥温度6075热处理方式红外线烘箱20注射成型描校干燥时间2h

11、加热温度7030检验加热时间0.31s40包装底图保温时间4h冷却方式编制(日期)审核(日期)会签(日期)装订号标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期三、模具结构设计3.1 分型面设计选择时应遵循以下原则：（分别从制件质量、注射机技术规格、模具结构及模具制造的难易程度考虑）（1）、分型面位置应设在制件断面尺寸最大的位置基本原则；（2）、分型面的选择应尽量防止形成侧孔或侧凹，保证制件质量，保证锁模力，并且有利于制件脱模；（3）、分型面的选择应有利于排气，应便于嵌件的安放，并易于模具零件的加工。考虑到该制件的表面质量及排气脱模等因素，该制件的分型面应在曲面上，如图2所示。图23.2

12、型腔数目和布置行腔数目的确定因为该制件选用的注射机为XS-ZY-125，且该之间的体积为4.1所以现在考虑到制件的精度、产量及模具的经济性，本副模具选用一模四件。3.2.2型腔的排列型腔的排列应尽可能的采用平衡式排列、应力求对称，应尽量排列紧凑。本副模具型腔的排列采用H型排列，如图3图33.3 浇注系统的设计浇注系统设计是注射模具设计的一个重要环节，它对注射成型周期和制件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响。浇注系统的作用是使来自注射机喷嘴的塑料熔体平稳而顺利地充模、压实和保压。3.3.1主流道设计：结构形状：圆锥形 锥度：3 表面粗糙度：Ra0.4因为该之间材料为ABS所以查表得

13、【塑料成型模具与设备表4-1】，浇口套采用分体式，定位圈与注射机定模固定板上的定位孔之间采用较松动的间隙配合H11/h11。如图4所示：图4浇口套一般选用T8A之类的优质材料，热处理后硬度为5357HRC，其长度与定模配合部分的厚度一致；与定模之间的配合一般采用H7/m6。3.3.2分流道设计图5分流道表面粗糙度一般达Ra3.21.6即可。该副模具考虑到整体机构，分流道设在定模上。该模具由于结构的特殊性，分流道将会设在定模的曲面上面，长度将在8-30mm之间。因为分流道将在曲面上加工，所以考虑到加工的困难，所以分流道截面将选用U形，其直径查表【塑料成型模具与设备表4-2】取5mm如图5所示：3

14、.3.3浇口设计该制件从结构形状，尺寸等分析将采用侧浇口。厚度（制件厚度）3.3.4冷料井设计此冷料井专门用于收集、储存熔体前锋的冷料，一保证制件的质量。其长度取分流道的1.5倍， 如图6所示图6该模具浇注系统示意图如图7所示：图7四、溢料、排气系统设计溢流槽一般开设在型腔最后被填充的地方，通常要在试模后才能确定。排气主要是将模具中的空气和塑料散发出来的气体排出去，便于制件的填充，保证制件的质量精度。排气的方式有三中：一类是利用模具的分形面的配合间隙排气，另外一类是开设排气槽，此外还有利用多空粉末冶金件渗透导排气。该制件的溢料、排气主要在分型面及各个镶块处，不需要特意去设计。该制件材料为ABS

15、所以塑料溢边值取0.04mm。模具闭合成型零部件配合间隙应保证在0.04mm以内。五、成型零部件、结构零部件的设计材料ABS的收缩率取，塑件精度等级选用IT4级【塑料成型模具与设备表2-8】，塑件尺寸如图1所示。5.1型腔径向尺寸设计图8该制件由于结构的复杂性,考虑到型腔的加工等因素,将采用组合式型腔。机构装配图如图8所示：型腔中第一个镶块如图9所示：图9计算该镶块的尺寸：该塑件公差等级取4级，此型芯成型制件部分只有3个尺寸，及21mm、6mm 、10mm。因为塑件材料为ABS，所以，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7

16、】图10该镶块尺寸如图10所示：图115.1.2另外一个镶块如图11所示：该塑件公差等级取4级，此型芯成型制件部分只有5个尺寸，及17.4mm、21mm 、7mm、1mm、0.5mm。因为塑件材料为ABS，所以，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】图12该镶块尺寸如图12所示：5.1.3型腔轮廓尺寸计算图13型腔轮廓如图13所示：影响塑件尺寸部分的的尺寸大致有2个，45mm 、28mm。，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模

17、具与设备表2-7】型腔轮廓尺寸图如图14所示：图14该塑件厚度为1.6mm,所以型腔深度为5.2型芯径向尺寸设计该塑件型芯相对较复杂,所以考虑到加工成本及加工难以程度,需采用组合式型芯，其型芯结构简图如图15所示：图15该型芯一些部位将切成镶块，共切2个镶块，如图14所示。5.2.1 其中一个镶块的尺寸设计该镶块结构如下图16所示：图16该镶块成型塑件部分共有9个尺寸，分别是21mm、7.9mm、R90.9mm、R1mm、12.5mm、5mm、1.2mm、0.8mm、21.5mm。，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】

18、因为该尺寸制件精度要求不高，所以取，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】因为该尺寸制件精度要求不高，所以取，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】镶块尺寸如图17所示：图175.2.2 另一个镶块的尺寸设计该镶块结构如下图18所示：图18该镶块成型塑件部分的尺寸有4个，分别是10mm、12mm 、11.3mm、4mm。，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成

19、型模具与设备表2-7】图19镶块尺寸如图19所示：5.2.3其余型芯尺寸设计图20其余型芯为一整体，如下图20所示：该型芯成型塑件的尺寸共有10个，分别为8.1mm、11.5mm、3.1mm、0.6mm、1.2mm、5.5mm、21mm、23mm、12mm、6mm。，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表

20、2-7】，查表得【塑料成型模具与设备表2-7】图21 型芯尺寸示意图入图21所示：该模具型芯型腔装配简图如图22所示：图22六、合模导向机构设计对于薄壁、精密制件注射模，大型、深型腔注射模和生产大批量的注射模，仅用导柱导向机构是不完善的，还必须在动、定模之间增设锥面定位机构，以满足精密定位和同轴度的要求。1导柱导向通常由导柱与导套（或孔）的间隙配合组成。2导柱工作部分的长度应比型芯端面高出68mm；3导柱工作部分的配合精度采用H7/f7（低精度是采用H8/f8，H9/f9）；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；4导套外径的配合精度采用H7/k6，配合长度通常取配合直径的1.52倍。本副模具出了

21、设计导柱与导套作定位导向外，还设计了锥面定位机构，如图23所示：图23七、脱模机构设计7.1 脱模阻力的计算 【塑料成型模具与设备公式4-29】查书得【塑料成型模具与设备4-27】定模具有抱紧力部分型芯的面积定模具有抱紧力部分型芯的面积所以 且该制件一定回留在动模上。7.2 脱模机构的结构因为该之间抱紧力不是很大，且外形尺寸较小，所以采用推杆推出。（1）顶杆与顶杆孔的配合H8/h8（2）配合表面粗糙度Ra0.8（3）材料45#（淬火HRC45以上）（4）顶杆直径计算公式如下：经计算的到需推杆的2根，的4根。其长度均为113.5mm。校核经校核此推杆合理。推杆如图24所示：图247.3 顶出行程

22、、开模行程计算顶出行程：开模行程计算：八、模具温度调节系统设计一般注射到模具内的塑料温度为200左右，而制件固化后从模具型腔中取出时其温度在60以下。对于流动性较好的塑料（如PE、PP、PA、PMMA、PS等），若制件是薄壁而小型的，则模具可利用自然冷却；若制件是厚壁而大型的，则需要对模具进行人工冷却。8.1 冷却系统的零件 水管接头（冷却水嘴）：连接冷却通道的入口和出口。一般由黄铜材料制成，对于要求不高的模具可采用一般结构钢制成。 螺塞：用来构造水路，起截流作用。 密封圈：用来冷却回路不泄漏。 密封胶带：用来是螺塞或水管接头与冷却通道连接不泄漏。 软管：作为连接并构造模外冷却回路的作用。一般

23、为橡胶材料做成。 喷管件（用于喷流式冷却系统）：最好用铜管，对于要求不高的模具可用铁管。 隔片（用于隔片导流式冷却系统）：最好用黄铜片，对于要求不高的模具可由一般金属片制成（如45#、20#）。 导热杆（用于导热式冷却系统）：由铍铜制成。8.2 冷却回路的设计冷却水孔直径一般取范围内，本模具d取8mm。冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却通道直径的12倍（通常为1215mm），冷却通道之间的中心距约为水孔直径的35倍（通常在8mm以上）。冷却水道只布置在型腔上面冷却回路如图25所示：图25九、常用模具材料的选择序号零件名称钢种热处理硬度（HB或HRC）1定（动）模座板45R，N，H2530 H

24、RC 2垫块3推杆固定板5定（动）模板42CrMoN，A，H183235 HB7支承板8型芯9定位圈T8R，N，A183235HB10浇口套T10N，H正火：183235HB淬火：40HRC11导柱（导套）T10H55HRC12推杆CrWMnA或氮化由于ABS塑料在受热后要放除腐蚀性气体，所以型芯型腔成型表面需要镀铬。根据制件的总体布局尺寸,选用标准模架型号为定板模座：型芯板：型腔板：型芯支承板：垫块： 动模座板： 模具闭合高度为 模架如图26所示：图26十、注射模与注射机的关系注射机的选择与校核该采用制件采用XSZY125的注射机。其主要技术参数如下：最大注射量为；注射压力为1500Pa；锁模力为;注射行程;模具最小厚度;最大模具厚度为；最小模具厚度为最大厚度；模板最大形程；最大成型面积为；喷嘴圆弧半径；喷嘴孔；模具的开模形成；拉杆空间；10.1 锁模力校核K安全系数，通常取1.11.2取1.2;P型腔压力（MPa），根据经验常取2040Mpa现在取30Mpa；A制件和浇注系统在分型面上的总投影面积（mm2）。（UG里面查得）因为，胀型力 锁模力 所以，注射机锁模力足够。10.2喷嘴尺寸尺寸 D2、R2模具流道入口直径、球面半径。D1、R1喷嘴直径、