塑料外壳注塑模具设计说明书

1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 题 目： 塑料外壳注射模具设计 指导教师： 王文生 付一政 职称: 副教授 讲师 年 月 日 中北大学课程设计任务书 20122013 学年第 一 学期学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 学 生 姓 名： 学 号： 课程设计题目： 塑料外壳注射模具设计 起 迄 日 期： 课程设计地点： 中北大学材料科学与工程学院 指 导 教 师： 系 主 任： 下达任务书日期: 年 月 日课 程 设 计 任 务 书目录1. 塑件分析和工艺参数的设定211 塑件图212 塑件的

2、结构和特点213 塑件材料的成型特性与工艺参数21.3.1 PP塑料的材料特性21.3.2 PP塑料的成型特性31.3.3 PP塑料的注射成型工艺参数31.4 塑料外壳的参数31.4.1 塑件的质量和体积31.4.2 塑件的投影面积42. 注射机的选择52.1 选用注射机的方法和原则52.2 注射机的选用52.3 注射机参数的校核52.3.1 最大注射量的校核52.3.2 注射压力的校核62.3.3 锁模力的校核62.3.4 最大注射成型面积的校核63. 塑料注射模具设计73.1 型腔的数目和分布73.1.1 按注射机的最大注射量确定型腔数73.1.2 按注射机的额定锁模力确定型腔数73.1.

3、3 按制品的精度要求确定型腔数73.1.4 按经济性确定型腔数83.2 分型面的选择83.3 型芯和型腔93.3.1 型芯和型腔的结构设计93.3.2型腔和型芯尺寸的确定93.4 整体式圆形型腔侧壁和底板厚度的计算103.4.1 侧壁厚度的计算103.4.2 底板厚度的计算103.5 浇注系统的设计113.5.1 主流道的设计113.5.2 定位环的设计123.5.3 分流道的设计123.5.4 分流道的分布123.5.5 拉料杆的设计133.5.6 浇口的选择133.5.7 冷料井的设计133.5.8 塑件在模具中的位置133.6 注射机最大开模行程的校核133.7 导向机构的设计133.7

4、.1 导柱的设计133.7.2 导套的设计143.8 推出机构的设计153.8.1 推杆的设计153.8.2 复位杆的设计153.8.3 推板导柱的设计163.8.4 推板导套的设计163.8.5 推板的设计163.8.6 推杆固定板的设计163.8.7 固定螺钉的选用173.8.8 支承钉的选用173.9 温度调节系统的设计与计算173.10 排气系统的设计183.11 机架的选用183.11.1 标准模架型号的选择183.11.2 模架长度和宽度的确定183.11.3 确定模架的厚度193.11.4 动定模板和座板的设计194. 模具的动作原理21参考文献231. 塑件分析和工艺参数的设定

5、11 塑件图塑件外壳示意图，如图1.1所示。图1.1 塑件示意图12 塑件的结构和特点塑件的结构和特点：此塑料外壳的结构简单，尺寸较小，中空、无底，属薄壁壳体塑件，其顶端部分设有外螺纹。为提高生产率，可采用多型腔。制品精度为一般精度，公差等级为MT3。13 塑件材料的成型特性与工艺参数1.3.1 PP塑料的材料特性PP是一种半结晶性材料，具有特别高的抗疲劳抗弯曲强度。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的PP温度高于0以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的嵌段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性

6、，但是有有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。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。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。1.3.2 PP塑料的成型特性(1)PP塑料吸水率（）：，吸湿性较弱。成型前允许的含水量：，如果储存适当则不需要干燥处理。(2)PP塑料收缩率较大，为，为了使制品具有较好的尺寸稳定性，在成型过程中，可适当增加冷却时间。 1.3.3 PP塑料的注射

7、成型工艺参数PP塑料的注射成型工艺参数如表1.1所示：表1.1 PP塑料的注射成型工艺参数参数取值范围选取数值密度（）0.91计算收缩率（%）1.5预热温度/时间/h902料筒温度/后段中段前段170190210喷嘴温度模具温度85注射压力/MPa85成型时间/s注射时间保压时间冷却时间总周期403801231.4 塑料外壳的参数1.4.1 塑件的质量和体积塑件体积：已知PP的密度为，故塑件质量：取。1.4.2 塑件的投影面积塑件成型的投影面积：2. 注射机的选择2.1 选用注射机的方法和原则选用的方法和原则：（1）使用现有设备；（2）根据每次成型件数应满足最大注射量、锁模力、经济性等要求选择

8、合适的注射机。2.2 注射机的选用根据塑件的大小和实际中常用的注射机，选用型注射机。型注射机的主要参数见表2.1所示：表2.1 型注射机的主要参数参数数值额定注射量：注射压力锁模力最大开模厚度最大开模行程最小模具厚度喷嘴球半径喷嘴口孔径拉杆内间距螺杆（柱塞）直径2.3 注射机参数的校核当最大注射量的校核、注射压力的校核、锁模力的校核、最大注射成型面积的校核这四方面都满足要求时，才能确定注射机选用的合适。2.3.1 最大注射量的校核注射机的额定注射量为：。塑件体积：，每次成型2个塑件。假设浇道凝料为，实际注射量：故最大注射量满足要求。2.3.2 注射压力的校核PP的注射压力为：，取。型注射机的注

9、射压力为，故注射机的注射压力满足要求。2.3.3 锁模力的校核注射机的锁模力为。塑料的注射压力为，取。单个塑件在分型面上的投影面积为，浇道凝料为，注射时模具的膨胀力：锁模力满足要求。2.3.4 最大注射成型面积的校核型注射机的最大注射成型面积为。单个塑件在分型面上的投影面积为，浇道凝料为，注射时模具的成型面积：最大注射成型面积满足要求。3. 塑料注射模具设计3.1 型腔的数目和分布确定型腔数目时要考虑的因素：（1）满足注射机的最大注射量；（2）锁模力；（3）塑件精度；（4）经济性。3.1.1 按注射机的最大注射量确定型腔数 (式3.1)型腔数量注射机最大注射量（或g），取浇注系统凝料量（或g）

10、，假设浇道凝料为单个制品的容积或质量（或g），单个塑件为。3.1.2 按注射机的额定锁模力确定型腔数 (式3.2)型腔数量注射机的额定锁模力（），查手册为单位投影面积需用的锁模力，可近似取熔体对型腔的平均压力（），取浇注系统和飞边在模具水平分型面上的投影面积（），取单个塑件在模具水平分型面上的投影面积（），由计算得3.1.3 按制品的精度要求确定型腔数成型高精度制品时，型腔数不宜过多，通常推荐不超过4腔，因为多腔难于使各腔的成型条件均匀一致。 (式3.3)型腔数量塑件基本尺寸（）塑件的尺寸公差（），为双向对称偏差标注单腔模注射时塑件可能产生的尺寸误差的百分比3.1.4 按经济性确定型腔数根据总

11、成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考两年模具费和成型加工费。 (式3.4)型腔数量制品总件数每小时注射成型加工费（元/h）成型周期（）型腔数目的确定：由于塑件的形状简单，重量较轻，且生产批量大，所以应使用多型腔模具。综合分析本设计采用一模二腔、平衡布置。这样模具的尺寸较小，生产率高，塑件质量可靠，成本较低。3.2 分型面的选择塑件的分型面应位于截面尺寸最大的部位，故本实例中塑件的分型面的选择如图3.1所示。图3.1 分型面的选取3.3 型芯和型腔3.3.1 型芯和型腔的结构设计确定型芯和型腔的结构形式：型芯和型腔可分别有整体式和组合式两种形式。由于塑件的结构简单，型腔

12、加工容易，所以选用整体式型腔和组合式型芯，可通过数控机床、加工中心加工而成。（1）型腔示意图如图3.2所示：图3.2 型腔示意图（2)型芯可采用组合式结构（轴肩+底板）型芯示意图如图3.3所示：图3.3 型芯示意图3.3.2 型腔和型芯尺寸的确定PP的收缩率在，取。PP塑件的精度一般为3级，模具最大磨损量取塑件公差的；由于塑件的尺寸较小，模具制造公差约占塑件总公差的左右，取。型腔和型芯的尺寸计算见表3.1：表3.1 型腔和型芯的尺寸计算类别塑件尺寸计算公式型腔成型尺寸型腔的计算型芯的计算3.4 整体式圆形型腔侧壁和底板厚度的计算3.4.1 侧壁厚度的计算自由膨胀分界点的高度为： (式3.5)由

13、于型腔深度为，侧壁厚度按组合式圆形型腔作刚度、强度计算。壁厚： (式3.6)其中计算得。3.4.2 底板厚度的计算最大变形发生在圆板中心。按照刚度条件，底板厚度： (式3.7)按照强度条件，底板厚度： (式3.8)其中计算得：，。综上所述，取侧壁厚度为，底板厚度为。3.5 浇注系统的设计浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。3.5.1 主流道的设计主流道径向尺寸的小端应大于喷嘴口孔径，取主流道径向尺寸的小端为。主流道选用圆锥形，锥角取为，。凹球半径R应比喷嘴球半径大，取凹球半径。进料口直径取，出料口直径，浇口套外径取。主流道设计图如图3.4所示：图3.4 主流道设计图3.5.2 定位环的

14、设计定位环外径与注射机定位孔采用间隙配合。定位环的外径取，厚度取。定位环的设计图如图3.5所示：图3.5 定位环设计图3.5.3 分流道的设计分流道的截面形状选用梯形，既节省加工费用，又使热量损失和阻力损失较小。分流道设计图如图3.6所示：图3.6 分流道设计图3.5.4 分流道的分布采用平衡式对称分布结构，示意图如图3.7所示：图4.7 分流道分布图3.5.5 拉料杆的设计浇口套出料口直径取，拉料杆直径也取为。杆上部选用Z字形结构。3.5.6 浇口的选择选择标准侧浇口，形状为矩形。取：侧浇口宽度，深度为，长度。3.5.7 冷料井的设计选择冷料井底部带推料杆的冷料井。在冷料井底部有一根与冷料井

15、圆孔成功配合的拉料杆，拉料杆的根部固定在推出版上，在推出制件时，冷料也一同将推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。3.5.8 塑件在模具中的位置塑件在模具中的位置见图3.8所示：图3.8 塑件在模具中的位置示意图3.6 注射机最大开模行程的校核对于双分型面注塑模，取，。 （式3.9)故注射机满足最大开模行程。3.7 导向机构的设计通常导柱设在主型芯周围，故考虑将导柱设在动模一侧，将导套设在定模一侧。3.7.1 导柱的设计导柱位置的布置采用三根直径相同的导柱不对称布置，这样能够保证模具的动模板只能按一个方向合模，防止在装配或合模时因方位搞错而使型腔损坏。如

16、图3.9所示。图3.9 导柱位置的布置选用阶梯型导柱，导向部分直径50mm,高度93mm,倒角高度17mm。材料选用碳素工具钢T8A,淬火处理，表面粗糙度Ra0.8。导柱示意图如图4.10所示。图3.10 导柱示意图3.7.2 导套的设计选用台肩型导套，导向部分直径63mm,高度80mm,壁厚3mm,台肩高度8mm。材料选用碳素工具钢T8A,淬火处理，表面粗糙度Ra0.8。导套示意图如图3.11所示。图3.11 导套示意图3.8 推出机构的设计由于塑件形状简单且为圆柱形外壳，所以采用普通推出机构中的推杆推出方式。每个制件用四根顶杆顶出，其结构简单，推出可靠。 组成注射模的推杆推出机构的零件有：

17、推杆、复位杆、推板导柱、推板导套、推板、推杆固定板、固定螺钉、支承钉。3.8.1 推杆的设计推杆的直径选6mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。如图3.12所示：图4.12 推杆示意图推杆材料选用优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与型芯的配合为间隙配合H8/g7。3.8.2 复位杆的设计复位杆的直径选8mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。推杆材料选用优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，,表面粗糙度Ra1.6，与动模板的配合为间隙配合H8/f8。如图3.13所示：图3.

18、13 复位杆示意图3.8.3 推板导柱的设计材料选择：碳素工具钢T8A。热处理为淬火处理硬度。推板导柱的尺寸如图3.14所示：图3.14推板导柱示意图3.8.4 推板导套的设计材料选用碳素工具钢T8A。淬火处理后。推板导套的尺寸如图3.15所示：图3.15 推板导套示意图3.8.5 推板的设计推板的长、宽、厚分别为230、180、15mm。材料采用普通碳素结构钢A3。3.8.6 推杆固定板的设计推杆固定板的长、宽、厚与推板相同，分别为230、180、15mm。材料采用普通碳素结构钢A3。3.8.7 固定螺钉的选用选用M6内六角螺钉，长度为20mm。3.8.8 支承钉的选用支承钉工作部分的直径为

19、20mm,高度为10mm。下面直径12mm，材料选用45号钢，调质处理。3.9 温度调节系统的设计与计算本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计计算：设定模具平均工作温度为55，用常温20的水作为模具冷却介质，出口温度为30，产量为（初算每1套，一模两腔）1.459kg/h。冷却水的体积流量 （式3.10）其中查询冷却水流速与管道直径的关系表可知：表中冷却水体积流量，对应的最低流速、冷却管道直径由于远小于，可推得所需水管直径非常小。由上述计算可知：因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。3.10

20、 排气系统的设计由于此塑料外壳的尺寸不大，且不采用特殊的高速注射，可利用分型面排气或利用推杆与孔、推板与孔、脱模板与型芯、活动型芯与孔的配合间隙排气，故不必再增设专用的排气槽。3.11 机架的选用选用标准模架应设计的内容：1)选择标准模架型号2)确定模架的长度和宽度3)确定模架的厚度，并使之与注射机要求的最大、最小模具厚度适应4)设计动定模板和座板3.11.1 标准模架型号的选择中小型模架国家标准有四种基本型的结构。因为采用整体式型腔和组合式型芯，所以选用A2型标准模架。如图3.16所示：图3.16 A2型标准模架3.11.2 模架长度和宽度的确定模架主要尺寸确定的原则：模架的长、宽取决于型腔

21、、型芯、导柱及 推出机构的位置，以各零件不干涉为原则。确定模架的长度和宽度，应以设计动模板为基准。 模具的长度为座板的长度，在动模板长度的基础上两侧各加上压板空间尺寸20mm。即：260+40=300mm。模具宽度与动模板一致（200mm）。3.11.3 确定模架的厚度确定模架的厚度，并使之与注射机要求的最大、最小模具厚度适应。如图3.17所示：图3.17 确定模架的尺寸型注射机要求：最小模具厚度：最大模具厚度模具厚度确定为 故模具厚度满足注射机要求。3.11.4 动定模板和座板的设计（1）动模板的设计：动模座板设计尺寸为：300 × 200 × 30 mm。 材料为A3钢。（2）动模垫板的设计：动模垫板设计尺寸为：300 × 200×30mm。 材料为A3钢。（3）动模垫块的设计：动模垫块设计尺寸为：200 X 30 X 70 mm。材料为A3钢。（4）动模座板的设计：动模座板设计尺寸为：340 X 200 X 25